(57)【要約】応答信号生成部３で、所定の供給信号２Ｓを検出素子１へ印加し、検出素子１を介して接触している被検体１０のインピータンスに応じて変化した信号を応答信号３Ｓとして出力する。波形情報検出部４で、応答信号生成部３からの応答信号３Ｓに基づき被検体１０のインピータンスに応じた波形情報を検出し、この波形情報を示す検出信号４Ｓを出力する。生体認識部５で、波形情報検出部４からの検出信号４Ｓに基づき被検体１０が生体であるか否かを判定する。
2005016146.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た抵抗素子を含み、前記抵抗素子を介して前記供給信号を前記検出素子へ印加し、前記抵抗素子の一端から前記被検体が生体であるか否かによって変化する１つ以上の個別パラメータを含む応答信号を取り出して出力する応答信号生成部と、
前記応答信号から前記個別パラメータの少なくとも１つを波形情報として検出し、その波形情報を示す検出信号を出力する波形情報検出部と、
前記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２】
請求項１に記載の生体認識装置において、
前記個別パラメータは、前記検出素子を介して接触している前記被検体のインピータンスに応じて変化する応答信号の位相および振幅からなることを特徴とする生体認識装置。
【請求項３】
請求項２に記載の生体認識装置において、
前記波形情報検出部は、前記供給信号と前記応答信号との位相差を前記波形情報として検出することを特徴とする生体認識装置。
【請求項４】
請求項２に記載の生体認識装置において、
前記波形情報検出部は、前記応答信号の振幅ピーク値に応じた検出信号を前記波形情報として検出することを特徴とする生体認識装置。
【請求項５】
請求項２に記載の生体認識装置において、
前記波形情報検出部は、前記応答信号の位相を示す波形情報と前記応答信号の振幅を示す波形情報とを個別に検出し、
前記生体認識部は、これら波形情報を示すそれぞれの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ことを特徴とする生体認識装置。
【請求項６】
請求項１に記載の生体認識装置において、
前記個別パラメータは、前記検出素子を介して接触している前記被検体のインピータンスの実数成分および虚数成分からなることを特徴とする生体認識装置。
【請求項７】
請求項６に記載の生体認識装置において、
前記波形情報検出部は、前記虚数成分を示す波形情報として前記供給信号と前記応答信号の位相差を検出することを特徴とする生体認識装置。
【請求項８】
請求項６に記載の生体認識装置において、
前記波形情報検出部は、前記実数成分を示す波形情報として前記応答信号の振幅ピーク値を検出することを特徴とする生体認識装置。
【請求項９】
請求項３に記載の生体認識装置において、
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する第２の検出電極とを有し、
前記供給信号生成部は、前記供給信号として中心電位が前記共通電位となるようオフセットを除去した交流の供給信号を出力するオフセット除去回路を有し、
前記応答信号生成部は、前記供給信号を前記検出素子の前記第２の検出電極へ印加し、前記検出素子を介して接触している前記被検体のインピータンスに応じて位相が変化した信号を応答信号として出力し、
前記波形情報検出部は、前記応答信号の中心電位が前記供給信号に同期した基準信号の中心電位となるよう前記応答信号をレベルシフトするレベルシフト回路を有し、前記基準信号と前記レベルシフト回路でレベルシフトした応答信号とを位相比較してその位相差を前記応答信号の波形情報として検出し、その波形情報を示す検出信号を出力し、
前記生体認識部は、前記検出信号の波形情報に基づき前記被検体が生体であるか否かを判定する
ことを特徴とする生体認識装置。
【請求項１０】
請求項３に記載の生体認識装置において、
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する第２の検出電極とを有し、
前記応答信号生成部は、前記供給信号を前記検出素子の前記第２の検出電極へ印加し、前記検出素子を介して接触している前記被検体のインピータンスに応じて位相が変化した信号を応答信号として出力し、
前記波形情報検出部は、前記応答信号の中心電位が前記位相比較に用いる所定の基準電位となるよう前記応答信号のオフセットを補正するオフセット補正回路を有し、前記供給信号に同期した基準信号と前記オフセット補正回路で補正された前記応答信号とを位相比較してその位相差を前記応答信号の波形情報として検出し、
前記生体認識部は、前記検出信号の波形情報に基づき前記被検体が生体であるか否かを判定する
ことを特徴とする生体認識装置。
【請求項１１】
請求項３に記載の生体認識装置において、
前記供給信号の中心電位と等しい基準電位を前記検出素子の第１の検出電極へ供給する基準電位供給部をさらに備え、
前記検出素子は、前記被検体と電気的に接触しかつ前記基準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する第２の検出電極とを有し、
前記応答信号生成部は、前記供給信号を前記検出素子の前記第２の検出電極へ印加し、前記検出素子を介して接触している前記被検体のインピータンスに応じて位相が変化した信号を応答信号として出力し、
前記波形情報検出部は、前記供給信号に同期した基準信号と前記応答信号とを位相比較してその位相差を前記応答信号の波形情報として検出し、
前記生体認識部は、前記検出信号の波形情報に基づき前記被検体が生体であるか否かを判定する
ことを特徴とする生体認識装置。
【請求項１２】
請求項４に記載の生体認識装置において、
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する第２の検出電極とを有し、
前記供給信号生成部は、前記供給信号として中心電位が前記共通電位となるようオフセットを除去した交流の供給信号を出力するオフセット除去回路を有し、
前記応答信号生成部は、前記供給信号を前記検出素子の前記第２の検出電極へ印加し、前記検出素子を介して接触している前記被検体のインピータンスに応じて振幅が変化した信号を応答信号として出力し、
前記波形情報検出部は、前記応答信号の最大電圧値を前記振幅として検出する最大電圧検出回路を有し、この最大電圧検出回路で得られた振幅を前記応答信号の波形情報として検出し、
前記生体認識部は、前記検出信号の波形情報に基づき前記被検体が生体であるか否かを判定する
ことを特徴とする生体認識装置。
【請求項１３】
請求項４に記載の生体認識装置において、
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する第２の検出電極とを有し、
前記応答信号生成部は、前記供給信号を前記検出素子の前記第２の検出電極へ印加し、前記検出素子を介して接触している前記被検体のインピータンスに応じて振幅が変化した信号を応答信号として出力し、
前記波形情報検出部は、前記応答信号のピーク電圧値を検出するピーク電圧検出回路と、前記応答信号の中心電圧値を検出する中心電圧検出回路と、前記ピーク電圧値と前記中心電圧値とを比較することにより前記応答信号の振幅を検出する電圧比較回路とを有し、この電圧比較回路で検出された前記振幅を前記応答信号の波形情報として検出し、
前記生体認識部は、前記検出信号の波形情報に基づき前記被検体が生体であるか否かを判定する
ことを特徴とする生体認識装置。
【請求項１４】
請求項４に記載の生体認識装置において、
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する第２の検出電極とを有し、
前記応答信号生成部は、前記供給信号を前記検出素子の前記第２の検出電極へ印加し、前記検出素子を介して接触している前記被検体のインピータンスに応じて振幅が変化した信号を応答信号として出力し、
前記波形情報検出部は、前記応答信号の最大電圧値を検出する最大電圧検出回路と、前記応答信号の最小電圧値を検出する最小電圧検出回路と、前記最大電圧値と前記最小電圧値とを比較することにより前記振幅を検出する電圧比較回路とを有し、前記振幅を前記応答信号の波形情報として検出し、
前記生体認識部は、前記検出信号の波形情報に基づき前記被検体が生体であるか否かを判定する
ことを特徴とする生体認識装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の生体認識装置において、
前記生体認識部は、前記検出信号の波形情報から得られた認識指標値について、複数の測定条件において得られた複数の認識指標値の基準範囲と比較することにより前記被検体が生体であるか否かを判定することを特徴とする生体認識装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の生体認識装置において、
前記生体認識部は、前記供給信号生成部で生成された異なる周波数の供給信号ごとに得られた複数の認識指標値に基づき前記判定を行うことを特徴とする生体認識装置。
【請求項１７】
請求項１５に記載の生体認識装置において、
前記生体認識部は、前記供給信号の印加開始から異なる経過時間ごとに得られた複数の認識指標値に基づき前記判定を行うことを特徴とする生体認識装置。
【請求項１８】
請求項１５に記載の生体認識装置において、
前記生体認識部は、前記各認識指標値と前記基準範囲とを比較する際、それぞれの認識指標値が得られた測定条件に対応した個々の基準範囲を用いることを特徴とする生体認識装置。
【請求項１９】
請求項１５に記載の生体認識装置において、
前記波形情報検出部は、前記供給信号に同期した基準信号と前記応答信号との位相差を前記波形情報として検出することを特徴とする生体認識装置。
【請求項２０】
請求項１５に記載の生体認識装置において、
前記波形情報検出部は、前記供給信号に同期した基準信号と前記応答信号との振幅を前記波形情報として検出することを特徴とする生体認識装置。
【請求項２１】
請求項１５に記載の生体認識装置において、
前記波形情報検出部は、前記供給信号に同期した基準信号と前記応答信号との位相差および振幅を前記波形情報として検出することを特徴とする生体認識装置。
【請求項２２】
請求項２に記載の生体認識装置において、
前記供給信号生成部は、所定周波数の矩形波信号を生成する周波数発生回路と、この周波数発生回路で生成された矩形波信号から所望周波数成分を抽出し前記供給信号として出力する波形整形回路とを有し、前記供給信号として所定周波数の交流信号からなる供給信号を生成することを特徴とする生体認識装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の生体認識装置において、
前記波形整形回路は、前記矩形波信号から所望の低周波成分を抽出するローパスフィルタを有することを特徴とする生体認識装置。
【請求項２４】
請求項２２に記載の生体認識装置において、
前記波形整形回路は、前記矩形波信号の振幅を制限して出力する振幅制限回路と、この振幅制限回路で得られた信号から所望の低周波成分を抽出するローパスフィルタと、このローパスフィルタで得られた信号を増幅して出力する増幅回路とを有することを特徴とする生体認識装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載の生体認識装置において、
前記振幅制限回路は、第１の参照電圧を発生する第１の参照電圧発生回路と、第２の参照電圧を発生する第２の参照電圧発生回路と、前記矩形波信号の論理値を反転して出力するインバータ回路と、このインバータ回路で得られた信号に応じてスイッチング動作することにより前記第１の参照電圧を断続的に出力する第１のスイッチ素子と、前記矩形波信号に応じてスイッチング動作することにより前記第１のスイッチ素子とは逆のタイミングで前記第２の参照電圧を断続的に出力する第２のスイッチ素子とを有することを特徴とする生体認識装置。
【請求項２６】
請求項２４に記載の生体認識装置において、
前記振幅制限回路は、第１の参照電圧を発生する第１の参照電圧発生回路と、第２の参照電圧を発生する第２の参照電圧発生回路と、前記矩形波信号に応じてスイッチング動作することにより前記第１の参照電圧を断続的に出力する第１のスイッチ素子と、前記矩形波信号に応じて前記第１のスイッチ素子とは逆位相でスイッチング動作することにより前記第１のスイッチ素子とは逆のタイミングで前記第２の参照電圧を断続的に出力する第２のスイッチ素子とを有することを特徴とする生体認識装置。
【請求項２７】
請求項２２に記載の生体認識装置において、
前記波形整形回路は、前記矩形波信号の振幅を制限するとともに、前記矩形波信号から所望の低周波成分を抽出する振幅制限ローパスフィルタと、このローパスフィルタで得られた信号を増幅して出力する増幅回路とを有することを特徴とする生体認識装置。
【請求項２８】
請求項２７に記載の生体認識装置において、
前記振幅制限ローパスフィルタは、一端が第１の共通電位に接続された第１の抵抗素子と、一端が第２の共通電位に接続された第２の抵抗素子と、前記第１の抵抗素子の他端に接続されて前記矩形波信号に応じて所定の極性でスイッチング動作することにより第１の抵抗素子を介して第１の共通電位を出力する第１のスイッチ素子と、前記第２の抵抗素子の他端に接続されて前記矩形波信号に応じて前記第１のスイッチ素子とは逆位相でスイッチング動作することにより前記第１のスイッチ素子とは逆のタイミングで前記第２の抵抗素子を介して前記第２の共通電位を断続的に出力する第２のスイッチ素子とを有することを特徴とする生体認識装置。
【請求項２９】
請求項２７に記載の生体認識装置において、
前記振幅制限ローパスフィルタは、第１の参照電圧を発生する第１の参照電圧発生回路と、第２の参照電圧を発生する第２の参照電圧発生回路と、制御端子に前記第１の参照電圧が供給されるとともに入力端子に前記矩形波信号が入力されてスイッチング動作する第１のスイッチ素子と、制御端子に前記第２の参照電圧が供給されるとともに入力端子に前記第１のスイッチ素子の出力端子が接続されて前記第１のスイッチ素子とは逆位相でスイッチング動作する第２のスイッチ素子とを有することを特徴とする生体認識装置。
【請求項３０】
請求項２２に記載の生体認識装置において、
前記供給信号の周波数を指示する周波数制御信号を出力する周波数制御部をさらに備え、
前記周波数発生回路は、前記周波数制御信号に応じた周波数の矩形波信号を出力し、
前記波形整形回路は、前記矩形波信号から前記周波数制御信号に応じた周波数成分を抽出し前記供給信号として出力することを特徴とする生体認識装置。
【請求項３１】
請求項３０に記載の生体認識装置において、
前記波形整形回路は、前記矩形波信号から前記周波数制御信号に応じた低周波成分を抽出する可変ローパスフィルタを有することを特徴とする生体認識装置。
【請求項３２】
請求項３１に記載の生体認識装置において、
前記可変ローパスフィルタは、一端に前記矩形波信号が入力されて前記周波数制御信号に応じて抵抗値を変化させる可変抵抗素子と、この可変抵抗素子の他端と所定の低インピーダンス電位との間に接続されて前記周波数制御信号に応じて容量値を変化させる可変容量素子とを有することを特徴とする生体認識装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、生体の検知および認識を行う技術に関し、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生体認識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、従来はコンピュータールームへの入出管理にはＩＤカードが使用されていたが、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った。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かどうかを検知する生体認識技術として、図４５に示すような、被検体とのインピーダンス整合を利用したものが提案されている（例えば、特開２０００−１７２８３３号公報など参照）。この生体検知装置は、高周波信号を出力する発振部７３と、この発振部７３からの高周波信号が印加されるとともに被検体が接触する電極７１からなる非共振回路の電極部７０と、この電極部７０のインピーダンス変化に応じた反射波信号を出力する検知部７４と、この検知部７４からの反射波信号と所定の基準信号とを比較して電極７１に接触した被検体が生体かどうかを判定する判定部７６と、被検体が生体かどうかを判定するための基準信号を予め設定しておき、この基準信号を判定部７６に与える基準信号設定部７５を備えている。【０００４】  この生体検知装置では、発振部７３より高周波信号が電極部７０に供給される。被検体が指等の生体であり、電極７１に接すると電極部７０のインピーダンスが変化する。ここで、人体が電極部７０に接触した際、被検体側のインピーダンスと電極部７０の入力側とがインピーダンス整合するようにしておけば、被検体が人体の場合、上記インピーダンス整合により高周波信号の反射波が小さくなる。検知部７４でこの反射波を検出して判定部７６で基準信号と比較し、検出レベルより小さい場合、人体が接触したものと判断する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  しかしながら、このような従来技術では、インピーダンス整合による反射波レベルの判定を原理としており、電極部７０にインピーダンス整合用のトランス７２のほか、供給した高周波信号の反射波を検出する検知部７４にインダクタンスやキャパシタンスなどの外付け部品を必要とする。
したがって、部品点数が多くなり、装置の小型化が困難であるだけでなく、製品コストが高くなる。また、生体認識の不正を目的とした、部品間を接続する配線からの検出信号の読み出しや、外付け部品の素子値に基づく生体判定条件の推定などが容易に実行可能となるため、十分なセキュリティーを確保できないという問題点があった。【０００６】  本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、反射波測定に用いるインピーダンス整合用のトランスなどのインダクタンスやキャパシタンスを必要とせず、装置を大型化することなく被検体の電気的特性を詳細に検出でき、装置の小型化さらにはチップ化を容易に実現できる生体認識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】
【０００７】  本発明にかかる生体認識装置は、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た抵抗素子を含み、抵抗素子を介して供給信号を検出素子へ印加し、抵抗素子の一端から被検体が生体であるか否かによって変化する１つ以上の個別パラメータを含む応答信号を取り出して出力する応答信号生成部と、応答信号から個別パラメータの少なくとも１つを波形情報として検出し、その波形情報を示す検出信号を出力する波形情報検出部と、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る。
【発明の効果】
【０００８】  本発明によれば、所定の供給信号を抵抗素子を介して検出素子へ印加し、検出素子を介して接触している被検体が生体であるか否かによって変化する１つ以上の個別パラメータを含む応答信号を取り出し、この応答信号から個別パラメータの少なくとも１つを示す検出信号に基づき、被検体が生体であるか否かを判定するようにしたので、従来に比べ、大きな面積を必要とする抵抗素子や容量素子を必要とすることなく、例えば一般的なコンパレータや論理回路などの位相比較回路という極めて簡素な回路構成で被検体の電気的特性を検出でき、生体認識装置の小型化さらにはチップ化を容易に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】［図１］図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる生体認識装置の構成を示すブロック図である。
［図２］図２は、本発明の第２の実施の形態にかかる生体認識装置の構成を示すブロック図である。
［図３Ａ−Ｄ］図３Ａ−図３Ｄは、図２の生体認識装置の各部信号を示す信号波形図である。
［図４］図４は、本発明の第３の実施の形態にかかる生体認識装置の構成を示すブロック図である。
［図５Ａ−Ｂ］図５Ａ−図５Ｂは、図４の生体認識装置の各部信号を示す信号波形図である。
［図６］図６は、本発明の第４の実施の形態にかかる生体認識装置の構成を示すブロック図である。
［図７］図７は、本発明の第５の実施の形態にかかる生体認識装置の構成を示すブロック図である。
［図８Ａ−Ｆ］図８Ａ−図８Ｆは、図７の生体認識装置の各部信号を示す信号波形図である。
［図９］図９は、本発明の第６の実施の形態にかかる生体認識装置の構成を示すブロック図である。
［図１０Ａ−Ｅ］図１０Ａ−図１０Ｅは、図９の生体認識装置の各部信号を示す信号波形図である。
［図１１］図１１は、本発明の第７の実施の形態にかかる生体認識装置の構成を示すブロック図である。
［図１２Ａ−Ｄ］図１２Ａ−図１２Ｄは、図１１の生体認識装置の各部信号を示す信号波形図である。
［図１３］図１３は、本発明の第８の実施の形態にかかる生体認識装置の構成を示すブロック図である。
［図１４Ａ−Ｄ］図１４Ａ−図１４Ｄは、図１３の生体認識装置の各部信号を示す信号波形図である。
［図１５］図１５は、本発明の第９の実施の形態にかかる生体認識装置の構成を示すブロック図である。
［図１６Ａ−Ｃ］図１６Ａ−図１６Ｃは、図１５の生体認識装置の各部信号を示す信号波形図である。
［図１７Ａ−Ｂ］図１７Ａ−図１７Ｂは、他の生体認識装置の各部信号を示す信号波形図である。
［図１８］図１８は、本発明の第１０の実施の形態にかかる生体認識装置の構成を示すブロック図である。
［図１９Ａ−Ｄ］図１９Ａ−図１９Ｄは、応答信号からの位相差検出動作を示す信号波形図である。
［図２０Ａ−Ｃ］図２０Ａ−図２０Ｃは、応答信号からの振幅検出動作を示す信号波形図である。
［図２１Ａ−Ｄ］図２１Ａ−図２１Ｄは、周波数による位相差の変化を示す信号波形図である。
［図２２Ａ−Ｄ］図２２Ａ−図２２Ｄは、周波数による振幅の変化を示す信号波形図である。
［図２３］図２３は、認識指標値に対する基準範囲を示す説明図である。
［図２４］図２４は、本発明の第１１の実施の形態にかかる生体認識装置の構成を示すブロック図である。
［図２５Ａ−Ｃ］図２５Ａ−図２５Ｃは、経過時間による位相差の変化を示す信号波形図である。
［図２６Ａ−Ｃ］図２６Ａ−図２６Ｃは、経過時間による振幅の変化を示す信号波形図である。
［図２７］図２７は、認識指標値に対する基準範囲を示す説明図である。
［図２８］図２８は、本発明の第１２の実施の形態にかかる生体認識装置の構成を示すブロック図である。
［図２９］図２９は、図２８で用いられる波形整形回路の構成例である。
［図３０］図３０は、図２９で用いられるローパスフィルタの構成例である。
［図３１］図３１は、本発明の第１３の実施の形態にかかる生体認識装置で用いられる波形整形回路の構成例である。
［図３２］図３２は、図３１で用いられる振幅制限回路の構成例である。
［図３３］図３３は、図３２の振幅制限回路の動作を示す信号波形図である。
［図３４］図３４は、本発明の第１４の実施の形態にかかる生体認識装置で用いられる振幅制限回路の構成例である。
［図３５］図３５は、本発明の第１５の実施の形態にかかる生体認識装置で用いられる波形整形回路の構成例である。
［図３６］図３６は、図３５で用いられる振幅制限ローパスフィルタの構成例である。
［図３７］図３７は、図３６の振幅制限ローパスフィルタの動作を示す信号波形図である。
［図３８］図３８は、本発明の第１６の実施の形態にかかる生体認識装置で用いられる振幅制限ローパスフィルタの他の構成例である。
［図３９］図３９は、図３８の振幅制限ローパスフィルタの動作を示す信号波形図である。
［図４０］図４０は、本発明の第１７の実施の形態にかかる生体認識装置の構成を示すブロック図である。
［図４１］図４１は、図４０で用いられる波形整形回路の構成例である。
［図４２］図４２は、図４１で用いられる可変ローパスフィルタの構成例である。
［図４３］図４３は、図４２で用いられる可変容量回路の構成例である。
［図４４Ａ−Ｃ］図４４Ａ−図４４Ｃは、図４０の供給信号生成部の動作を示す信号波形図である。
［図４５］図４５は、従来の指紋照合装置の構成例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】  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生体認識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、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４、および生体認識部５が設けられている。【００１１】  検出素子１は、検出電極を介して被検体１０と電気的に接触し、被検体１０の持つインピーダンスの容量成分および抵抗成分を応答信号生成部３へ接続する。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２Ｓを生成して応答信号生成部３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Ｒ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の出カ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を波形情報検出部４へ出力する。【００１２】  波形情報検出部４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４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。【００１３】  次に、本実施の形態にかかる生体認識装置の動作について説明する。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から検出素子１に印加されている供給信号２Ｓ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は、波形情報検出部４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。
生体認識部５では、この検出信号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。【００１４】  このように、本実施の形態では、波形情報検出部４を設けて、応答信号３Ｓの位相差または振幅を示す波形情報を検出することにより、被検体１０に固有のインピーダンスの実数成分または虚数成分を示す情報を検出し、検出した情報に基づき生体認識部５で被検体１０が生体か否かを判定するようにしたので、従来に比べ、波形情報を検出する比較的簡素な回路構成で被検体の電気的特性を詳細に検査することができ、生体認識装置の小型化さらにはチップ化を実現できる。【００１５】  なお、本実施の形態において応答信号３Ｓに含まれる位相差または振幅は、被検体が生体であるか否かによって変化する１つ以上の個別パラメータと捉えることができる。すなわち、応答信号生成部３では、抵抗素子Ｒｓの一端すなわち抵抗素子Ｒｓと検出素子１との接続点から被検体が生体であるか否かによって変化する１つ以上の個別パラメータを含む応答信号３Ｓを取り出し、波形情報検出部４では、応答信号３Ｓの波形から個別パラメータの少なくとも１つを波形情報として検出し、その波形情報を示す検出信号を出力していることになる。【００１６】  したがって、前述した例では、個別パラメータとして、検出素子１を介して接触している被検体１０のインピータンスに応じて変化する応答信号３Ｓの位相および振幅を用いていることになる。
なお、これら位相差や振幅から被検体の虚数成分や実数成分の大きさを演算し、正当な生体の持つ虚数成分や実数成分の基準範囲と比較してもよい。この場合は、個別パラメータとして、検出素子１を介して接触している被検体１０のインピータンスの実数成分および虚数成分を用いたことになる。【００１７】［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態にかかる生体認識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生体認識装置を示すブロック図であり、前述の図１と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
本実施の形態では、前述した第１の実施の形態の具体的構成として、波形情報検出部４で応答信号３Ｓの位相差を、生体認識判定に用いる波形情報として検出する場合について説明する。【００１８】  図２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４Ａには、基準信号発生回路４１と位相比較回路４２とが設けられている。生体認識部５Ａには、信号変換回路５１と判定回路５２とが設けられている。【００１９】  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。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。
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１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被検体１０に供給信号２Ｓを印加し、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。【００２０】  波形情報検出部４Ａの基準信号発生回路４１は、供給信号２Ｓに同期した基準信号４１Ｓを位相比較回路４２へ出力する。位相比較回路４２は、応答信号３Ｓと基準信号４１Ｓとの位相を比較することにより、被検体１０に固有のインピーダンス特性ここでは容量成分に対応する位相差を検出し検出信号４ＡＳとして出力する。この際、基準信号４１Ｓとして供給信号２Ｓを用いてもよい。
生体認識部５の信号変換回路５１は、位相比較回路４２からの検出信号４ＡＳを、判定回路５２で判定容易な変換信号５１Ｓに変換する。判定回路５２は、信号変換回路５１からの変換信号５１Ｓが示す位相差が、正当な生体のインピーダンス特性を示す位相差基準範囲内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に対する認識結果５Ｓを出力する。【００２１】  次に、図２の生体認識装置の動作について説明する。被検体１０は検出素子１の検出電極１１と検出電極１２とを介して電流−電圧変換回路３１の出力段に接続される。ここで、被検体１０に固有のインピーダンスは、検出素子１の検出電極１１と検出電極１２との間に接続された容量成分Ｃｆと抵抗成分Ｒｆで示すことができる。したがって、電流−電圧変換回路３１から所定の出力インピーダンスで印加された供給信号２Ｓは、電流−電圧変換回路３１の出力インピーダンスと各被検体１０に固有のインピーダンスとで分圧される。そして、被検体１０に流れる電流が、各被検体１０に固有のインピーダンスに応じてその位相または振幅が変化し、これら変化が電圧に変換された応答信号３Ｓとして出力される。【００２２】  本実施の形態では、波形情報検出部４Ａの位相比較回路４２で、基準信号発生回路４１から出力された基準信号４１Ｓと応答信号３Ｓとの位相を比較し、応答信号３Ｓの位相情報（位相差）を含んだ検出信号４ＡＳを出力する。
図２の各部における信号波形例を図３Ａ−図３Ｄに示す。供給信号２Ｓとして接地電位などの共通電位を中心とした正弦波を用いた場合、応答信号３Ｓの位相は被検体１０のインピーダンスに応じて変化する。基準信号４１Ｓとして供給信号２Ｓに同期した信号を用い、位相比較回路４２により応答信号３Ｓとの位相を比較することで、例えば位相差φをパルス幅とする検出信号４ＡＳが出力される。【００２３】  このように、波形情報検出部４Ａに位相比較回路４２を設け、応答信号３Ｓと基準信号４１Ｓの位相を比較することにより、被検体１０に固有の容量成分に応じて変化する位相を、応答信号３Ｓの波形を示す波形情報として検出するようにしたので、従来に比べ、例えば大きな面積を必要とする抵抗素子や容量素子を必要とすることなく、一般的なコンパレータや論理回路などの位相比較回路という極めて簡素な回路構成で被検体の電気的特性、ここでは被検体１０に固有のインピーダンスのうち虚数成分を示す情報を詳細に検出でき、生体認識装置の小型化さらにはチップ化を容易に実現できる。【００２４】［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態にかかる生体認識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生体認識装置を示すブロック図であり、前述の図２と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
前述した第２の実施の形態では、波形情報検出部４Ａで、被検体１０に固有のインピーダンスのうち虚数成分を示す波形情報として、応答信号３Ｓに含まれる被検体１０のインピーダンスの容量成分を示す位相情報を検出する場合について説明したが、本実施の形態では、波形情報検出部４Ｂで、被検体１０に固有のインピーダンスのうち実数成分を示す波形情報として、応答信号３Ｓに含まれる被検体１０のインピーダンスの抵抗成分を検出する場合について説明する。【００２５】  図４において、波形情報検出部４Ｂには、ピーク電圧検出回路４３が設けられている。このピーク電圧検出回路４３は、被検体１０に固有のインピーダンス特性ここでは抵抗成分に対応する振幅変化を応答信号３Ｓから検出し、検出信号４ＢＳとして出力する。ピーク電圧検出回路４３の具体例としてはサンプルホールド回路などがある。なお、図４の生体認識装置において、波形情報検出部４Ｂ以外の構成については、図２と同様であり、詳細な説明は省略する。【００２６】  次に、図４の生体認識装置の動作について説明する。被検体１０は検出素子１の検出電極１１と検出電極１２とを介して電流−電圧変換回路３１の出力段に接続される。ここで、被検体１０に固有のインピーダンスは、検出素子１の検出電極１１と検出電極１２との間に接続された容量成分Ｃｆと抵抗成分Ｒｆで示すことができる。したがって、電流−電圧変換回路３１から所定の出力インピーダンスで印加された供給信号２Ｓは、電流−電圧変換回路３１の出力インピーダンスと各被検体１０に固有のインピーダンスとで分圧される。そして、被検体１０に流れる電流が、各被検体１０に固有のインピーダンスに応じてその位相または振幅が変化し、これら変化が電圧に変換された応答信号３Ｓとして出力される。【００２７】  本実施の形態では、波形情報検出部４Ｂのピーク電圧検出回路４３で、応答信号３Ｓの振幅ピーク値を含んだ検出信号４ＢＳを出力する。
図４の各部における信号波形例を図５Ａ−図５Ｂに示す。供給信号２Ｓとして接地電位などの共通電位を中心とした正弦波を用いた場合、応答信号３Ｓは共通電位を中心として、被検体１０のインピーダンスに応じて振幅が変化する。ピーク電圧検出回路４３は、応答信号３Ｓのピーク電圧すなわち電圧の最大値または最小値を検出し、応答信号３Ｓの振幅Ａに比例した直流電位を示す検出信号４ＢＳを出力する。【００２８】  このように、波形情報検出部４Ｂにピーク電圧検出回路４３を設け、被検体１０に固有の抵抗成分に応じて変化する振幅を、応答信号３Ｓの波形を示す波形情報として検出するようにしたので、従来に比べ、例えば大きな面積を必要とする抵抗素子や容量素子を必要とすることなく、一般的なサンプルホールド回路などのピーク電圧検出回路という極めて簡素な回路構成で被検体の電気的特性、ここでは被検体１０に固有のインピーダンスのうち実数成分を示す情報を詳細に検出でき、生体認識装置の小型化さらにはチップ化を容易に実現できる。【００２９】［第４の実施の形態］
次に、図６を参照して、本発明の第４の実施の形態にかかる生体認識装置について説明する。図６は、本発明の第４の実施の形態にかかる生体認識装置を示すブロック図であり、前述の図１と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
前述した第１の実施の形態では、波形情報検出部４を設けて応答信号３Ｓから位相情報または振幅情報を示す波形情報を検出する場合について説明したが、本実施の形態では、２つの波形情報検出部４Ａ，４Ｂを設け、応答信号３Ｓから位相情報および振幅情報を示す波形情報をそれぞれ並列的に検出して生体認識を行う場合について説明する。【００３０】  波形情報検出部４Ａは、前述した図２の波形情報検出部４Ａと同等であり、位相比較回路４２で、基準信号発生回路４１から出力された基準信号４１Ｓと応答信号３Ｓを比較し、応答信号３Ｓの位相情報を含んだ検出信号４ＡＳを出力する。波形情報検出部４Ｂは、前述した図４の波形情報検出部４Ｂと同等であり、ピーク電圧検出回路４３で、応答信号３Ｓの振幅ピーク値を検出し、そのピーク値を含んだ検出信号４ＢＳを出力する。
生体認識部５Ａの信号変換回路５１Ａは、波形情報検出部４Ａ，４Ｂからの検出信号４ＡＳ，４ＢＳを判定容易な変換信号５ＡＳ，５ＢＳにそれぞれ変換し判定回路５２Ａへ出力する。判定回路５２Ａは、信号変換回路５１Ａからの変換信号５ＡＳ，５ＢＳを、それぞれ正当な生体のインピーダンス特性を示す位相差基準範囲内および振幅基準範囲内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に対する認識結果５Ｓを出力する。【００３１】  このように、本実施の形態では、波形情報検出部４Ａ，４Ｂを設けて、応答信号３Ｓの位相差および振幅を示す波形情報を検出し、この検出した情報に基づき生体認識部５Ａで被検体１０が生体か否かを判定するようにしたので、従来に比べ、例えば大きな面積を必要とする抵抗素子や容量素子を必要とすることなく、一般的なコンパレータや論理回路などの位相比較回路という極めて簡素な回路構成で被検体の電気的特性、ここでは被検体１０に固有のインピーダンスの実数成分および虚数成分を示す情報を詳細に検出でき、生体認識装置の小型化さらにはチップ化を容易に実現できる。【００３２】  また、被検体のインピーダンスのうち実数成分および虚数成分を示す両方の情報に基づき生体認識判断を行うようにしたので、実数成分および虚数成分を一まとめとして検出した情報を用いて生体認識判断を行う場合と比較して、被検体の材料や材質を選択してその実数成分および虚数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。この際、実数成分および虚数成分を個別に検出する構成として、図６のように、波形情報検出部４Ａで応答信号３Ｓの位相差を示す波形情報に基づき虚数成分を検出し、波形情報検出部４Ｂで応答信号３Ｓの振幅を示す波形情報に基づき実数成分を検出する場合について説明したが、これら実数成分や虚数成分を個別に検出する構成として他の構成を用いた場合でも、同様の作用効果が得られる。【００３３】  なお、以上の第１〜４の各実施の形態において、生体認識部５，５Ａの具体例としては、例えば位相情報に対応したパルス幅を持つ検出信号４ＡＳの場合、信号変換回路５１，５１Ａでそのパルス幅を電圧に変換し、同じく電圧で規定された位相差基準範囲と信号変換回路５１，５１Ａのコンパレータで比較すればよい。また時間長で規定された位相差基準範囲を用いる場合は、この位相差基準範囲を示す基準パルスと検出信号４ＡＳとをそのまま判定回路５２，５２Ａのゲート回路で比較すればよく、信号変換回路５１，５１Ａを省くことができる。【００３４】  また、振幅情報に対応した電位を持つ検出信号４ＢＳの場合、電圧で規定された振幅差基準範囲と信号変換回路５１，５１Ａの電圧比較器で比較すればよく、信号変換回路５１，５１Ａを省くことができる。また、時間長で規定された振幅基準範囲を用いる場合は、信号変換回路５１，５１Ａでその電圧をパルス幅に変換し、この振幅基準範囲を示す基準パルスと判定回路５２，５２Ａのゲート回路で比較すればよい。【００３５】  以上では、生体認識部５，５Ａをアナログ系回路で構成した場合について説明したが、デジタル系回路で構成してもよい��例えば検出信号４ＡＳ，４ＢＳを信号変換回路５１，５１ＡでＡ／Ｄ変換し、得られたデジタル値を判定回路５２，５２Ａで位相差基準範囲や振幅基準範囲を示すデジタル情報と比較するようにしてもよい。
このように、被検体に固有のインピーダンスを応答信号の波形を示す波形情報として検出し、この波形情報に基づき被検体が生体か否かを判定するようにしたので、前述したような極めて簡素な回路で生体認識部５，５Ａを構成でき、生体認識装置の小型化さらにはチップ化を容易に実現できる。なお、これら位相差や振幅から被検体の虚数成分や実数成分の大きさを演算し、正当な生体の持つ虚数成分や実数成分の基準範囲と比較してもよい。【００３６】［第５の実施の形態］
次に、図７を参照して、本発明の第５の実施の形態にかかる生体認識装置について説明する。図７は本発明の第５の実施の形態にかかる生体認識装置の構成を示すブロック図であり、図１の生体認識装置における供給信号生成部２、応答信号生成部３および波形情報検出部４の構成例が詳細に示されている。
この生体認識装置は、波形情報検出部４Ａにおいて、元の供給信号２Ｓに同期する基準信号４２Ｓと応答信号３Ｓとの位相差を、前述した波形情報として検出し、その波形情報を含む検出信号４ＡＳを出力するようにしたものである。なお、前述した第１の実施の形態（図１参照）と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。【００３７】  図７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、波形整形回路２２、およびオフセット除去回路２３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４Ａには、レベルシフト回路４１、基準信号発生回路４２、および位相比較回路４３が設けられている。【００３８】  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。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】  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整形信号２２Ｓを生成してオフセット除去回路２３へ出力する。オフセット除去回路２３は、共通電位と整形信号２２Ｓの中心電位との直流電位差すなわちオフセットを整形信号２２Ｓから除去し、共通電位を中心電位とする供給信号２Ｓを生成して出力する。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。【００４０】  応答信号生成部３の電流−電圧変換回路３１は、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被検体１０に供給信号２Ｓを印加し、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。【００４１】  波形情報検出部４Ａのレベルシフト回路４１は、共通電位を中心電位とする応答信号３を所定の基準電位が中心電位となるよう信号全体の直流バイアスをレベルシフトし、被比較信号４１Ｓとして位相比較回路４３へ出力する。基準信号発生回路４２は、供給信号２Ｓに同期した基準信号４２Ｓを位相比較回路４３へ出力する。位相比較回路４３は、被比較信号４１Ｓと基準信号４２Ｓとの位相を比較することにより、被検体１０に固有のインピーダンス特性ここでは容量成分に対応する位相差を波形情報として検出し、その波形情報を含む検出信号４ＡＳを出力する。この際、基準信号４２Ｓとして供給信号２Ｓを用いてもよい。【００４２】  生体認識部５は、位相比較回路４３からの検出信号４ＡＳが示す位相差が、正当な生体のインピーダンス特性を示す位相差基準範囲内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に対する認識結果５Ｓを出力する。【００４３】  次に、本実施の形態にかかる生体認識装置の動作について説明する。被検体１０は検出素子１の検出電極１１と検出電極１２とを介して電流−電圧変換回路３１の出力���に接続される。ここで、被検体１０に固有のインピーダンスは、検出素子１の検出電極１１と検出電極１２との間に接続された容量成分Ｃｆと抵抗成分Ｒｆで示すことができる。したがって、電流−電圧変換回路３１から所定の出力インピーダンスで印加された供給信号２Ｓは、電流−電圧変換回路３１の出力インピーダンスと各被検体１０に固有のインピーダンスとで分圧される。そして、被検体１０に流れる電流が、各被検体１０に固有のインピーダンスに応じてその位相または振幅が変化し、これら変化が電圧に変換された応答信号３Ｓとして出力される。【００４４】  本実施の形態では、波形情報検出部４Ａの位相比較回路４３で、基準信号発生回路４２から出力された基準信号４２Ｓと被比較信号４１Ｓとの位相を比較し、応答信号３Ｓの位相情報（位相差）を含んだ検出信号４ＡＳを出力する。【００４５】  この際、検出素子１の検出電極１１に接続されている接地電位などの共通電位と、検出電極１２に印加される供給信号２Ｓとの間にオフセットが存在する場合、被検体１０に直流電流が流れるため、被検体１０の抵抗成分Ｒｆに応じたオフセットが応答信号３Ｓにも発生する。本実施の形態では、供給信号生成部２にオフセット除去回路２３を設けて、供給信号２Ｓと共通電位との間のオフセットを除去することにより、被検体１０への直流電流の印加を抑止するとともに、応答信号３Ｓにおけるオフセットの発生を回避している。
さらに、波形情報検出部４Ａにレベルシフト回路４１を設けて、応答信号３Ｓをレベルシフトすることによりその中心電位が基準電位となる被比較信号４１Ｓを生成し、この被比較信号４１Ｓを用いて位相差を検出している。【００４６】  図７の各部における信号波形例を図８Ａ−図８Ｆに示す。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ＶＡを中心電位とする整形信号２２Ｓが生成される。この際、共通電位として接地電位を用いた場合、整形信号２２Ｓには、中心電位ＶＡ分のオフセットが存在することになる。オフセット除去回路２３では、このオフセット分を除去して共通電位を中心電位とする供給信号２Ｓを生成して出力する。したがって、被検体１０には直流電流が印加されず、応答信号３Ｓとして、被検体１０の抵抗成分Ｒｆによるオフセットのない、共通電位を中心電位とする信号が得られる。【００４７】  本実施の形態では、波形情報検出部４Ａのレベルシフト回路４１では、単一動作電源すなわち接地電位に対して正側方向（負側方向）のみの動作電源で各信号処理回路を動作させるため、応答信号３Ｓの振幅が接地電位と動作電源電位ＶＤＤとの間に収まるよう応答信号３Ｓをレベルシフトし、被比較信号４１Ｓとして出力する。
位相比較回路４３では、この被比較信号４１Ｓと基準信号４２Ｓとを比較する際、これらアナログ信号を一旦デジタル信号へ変換し、論理回路により位相比較している。アナログ信号をデジタル信号へ変換する場合、アナログ信号を高利得で増幅したり所定のしきい値と比較する方法が考えられる。【００４８】  この際、アナログ信号の中心電位が所望の基準電位と一致していない場合、デジタル信号から得られる位相に誤差が生じる。例えば高利得で増幅する際、基準電位がしきい値となってアナログ信号を動作電源電位ＶＤＤまたは接地電位のいずれかへ飽和させてデジタル化するため、アナログ信号の中心電位が基準電位からずれている場合、アナログ信号のうち基準電位より高い電位の区間長と低い電位の区間長が非対称となり、応答信号３Ｓが正弦波であっても、得られるデジタル信号のデューティー比は１：１にならず位相（立ち上がりエッジや立ち下がりエッジのタイミング）に誤差が生じる。これはアナログ信号を所定のしきい値すなわち基準電位と比較してデジタル化する場合も同様である。【００４９】  したがって、波形情報検出部４Ａのレベルシフト回路４１で応答信号３Ｓをレベルシフトする際、応答信号３Ｓの中心電位が基準信号と一致するようレベルシフトすることにより、単一動作電源の実現だけでなく、上記位相誤差の発生をも抑止できる。
また、基準信号発生回路４２からの基準信号４２Ｓも位相比較回路４３で同様にしてデジタル化される。このとき、基準信号発生回路４２で生成される基準信号４２Ｓの中心電位と応答信号３Ｓに対するレベルシフトの際の基準電位とを一致させることにより、極めて位相ズレの少ないデジタル信号が容易に得られ、精度よく位相差を検出できる。【００５０】  このようにして、供給信号２Ｓとして接地電位などの共通電位を中心とした正弦波を用いた場合、応答信号３Ｓの位相は被検体１０のインピーダンスに応じて変化する。基準信号４２Ｓとして供給信号２Ｓに同期した信号を用い、位相比較回路４３により応答信号３Ｓすなわち被比較信号４１Ｓとの位相を比較することで、例えば被検体１０のインピーダンスのうち容量成分に応じた位相差φをパルス幅とする検出信号４ＡＳが出力される。【００５１】  このように、波形情報検出部４Ａに位相比較回路４３を設け、応答信号３Ｓと基準信号４２Ｓの位相を比較することにより、被検体１０に固有の容量成分に応じて変化する位相を、応答信号３Ｓの波形を示す波形情報として検出するようにしたので、従来に比べ、例えば大きな面積を必要とする抵抗素子や容量素子を必要とすることなく、一般的なコンパレータや論理回路などの位相比較回路という極めて簡素な回路構成で被検体の電気的特性、ここでは被検体１０に固有のインピーダンスのうち虚数成分を示す情報を詳細に検出でき、生体認識装置の小型化さらにはチップ化を容易に実現できる。【００５２】  また、オフセット除去回路２３で共通電位を中心電位とする供給信号２Ｓ生成して被検体１０へ印加し、レベルシフト回路４１で中心電位が基準電位となるよう応答信号３Ｓをレベルシフトして被比較信号４１Ｓを生成し、この被比較信号４１Ｓに基づき位相比較するようにしたので、比較的簡素な回路構成で、信号処理回路の動作電源電位と共通電位の電位とを別個に設定することができる。したがって、例えば共通電位として接地電位を用いることによりノイズ耐性を向上させることができるとともに、信号処理回路の動作電源を単一電源とすることができ、正負電源を用いる場合と比較して、回路のレイアウト面積を小さくすることができ、生体認識装置の製造コストを削減できる。【００５３】［第６の実施の形態］
次に、図９を参照して、本発明の第６の実施の形態にかかる生体認識装置について説明する。図９は本発明の第６の実施の形態にかかる生体認識装置の構成を示すブロック図である。
本実施の形態は、前述した第５の実施の形態（図７参照）と同様に、波形情報として応答信号３Ｓの位相を検出するようにしたものであるが、供給信号２Ｓとして共通電位とのオフセットを含む信号を検出素子１へ印加し、応答信号３Ｓに生じるオフセットを波形情報検出部４Ａで補正するようにした点が第５の実施の形態と異なる。なお、図７と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。【００５４】  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から構成されており、前述したオフセット除去回路２３は設けられていない。
波形情報検出部４Ａには、前述したレベルシフト回路４１に代えてオフセット補正回路４１Ａが設けられている。このオフセット補正回路４１Ａは、被検体１０の抵抗成分Ｒｆに応じて応答信号３Ｓに生じるオフセットすなわち応答信号３Ｓの中心電位と基準電位との直流電位差を補正する。【００５５】  次に、図１０Ａ−図１０Ｅを参照して、本実施の形態にかかる生体認識装置の動作について説明する。図１０Ａ−図１０Ｅは、図９の生体認識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ＶＡを中心電位とする供給信号２Ｓが生成されて出力される。これにより、被検体１０には直流電流が印加され、応答信号３Ｓは、被検体１０の抵抗成分Ｒｆによるオフセットを含む信号となる。例えば、Ｒｆが所定値の場合に応答信号３Ｓの中心電位が前述の基準電位ＶＢとなる場合、Ｒｆが上記所定値より大きい場合は基準電位ＶＢより高いＶＢ２が中心電位となり、Ｒｆが上記所定値より小さい場合は基準電位ＶＢより低いＶＢ１が中心電位となる。【００５６】  本実施の形態では、波形情報検出部４Ａのオフセット補正回路４１Ａでは、単一動作電源すなわち接地電位に対して正側方向（負側方向）のみの動作電源で後段回路を動作させるため、応答信号３Ｓの振幅が接地電位と動作電源電位ＶＤＤとの間に収まるよう応答信号３Ｓをレベルシフトし、被比較信号４１Ｓとして出力する。
この際、オフセット補正回路４１Ａでは、応答信号３Ｓの中心電位が位相比較で用いる基準電位ＶＢと一致するようレベルシフトすることにより、単一動作電源の実現だけでなく、前述したデジタル化の際の位相誤差の発生をも抑止できる。【００５７】  このように、波形情報検出部４Ａに位相比較回路４３を設け、応答信号３Ｓと基準信号４２Ｓの位相を比較することにより、被検体１０に固有の容量成分に応じて変化する位相を、応答信号３Ｓの波形を示す波形情報として検出するようにしたので、従来に比べ、例えば大きな面積を必要とする抵抗素子や容量素子を必要とすることなく、一般的なコンパレータや論理回路などの位相比較回路という極めて簡素な回路構成で被検体の電気的特性、ここでは被検体１０に固有のインピーダンスのうち虚数成分を示す情報を詳細に検出でき、生体認識装置の小型化さらにはチップ化を容易に実現できる。【００５８】  また、オフセット補正回路４１Ａで中心電位が基準電位となるよう応答信号３Ｓのオフセットを補正して被比較信号４１Ｓを生成し、この被比較信号４１Ｓに基づき位相比較するようにしたので、比較的簡素な回路構成で、信号処理回路の動作電源電位と共通電位の電位とを別個に設定することができる。したがって、例えば共通電位として接地電位を用いることによりノイズ耐性を向上させることができるとともに、信号処理回路の動作電源を単一電源とすることができ、正負電源を用いる場合と比較して、回路のレイアウト面積を小さくすることができ、生体認識装置の製造コストを削減できる。【００５９】［第７の実施の形態］
次に、図１１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について説明する。図１１は本発明の第７の実施の形態にかかる生体認識装置の構成を示すブロック図である。
本実施の形態は、前述した第６の実施の形態（図９参照）と同様に、波形情報として応答信号３Ｓの位相を検出するようにしたものであるが、基準電位供給部６を設けて、検出素子１に対して供給信号２Ｓの中心電位と等しい共通電位を供給するようにした点が第６の実施の形態と異なる。なお、図９と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。【００６０】  基準電位供給部６は、供給信号生成部２で生成された供給信号２Ｓの中心電位を検出し、その中心電位と等しい基準電位ＶＢを生成して、検出素子１の検出電極１１へ低インピーダンスで供給する回路である。この際、供給信号２Ｓは、例えば各信号回路の動作電源電位ＶＤＤと接地電位の中間電位が用いられ、基準電位ＶＢもこれに等しい電位となる。
なお、波形情報検出部４Ａは、基準信号発生回路４２と位相比較回路４３から構成されており、前述したオフセット補正回路４１Ａは設けられていない。【００６１】  次に、図１２Ａ−図１２Ｄを参照して、本実施の形態にかかる生体認識装置の動作について説明する。図１２Ａ−図１２Ｄは、図１１の生体認識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、当該回路の動作電源電位ＶＤＤと接地電位の中間電位を中心電位とする供給信号２Ｓが生成されて出力される。また、基準電位供給部６では、この供給信号２Ｓの中心電位を検出し、その電位と等しい基準電位ＶＢを検出素子１の検出電極１１に供給する。これにより、被検体１０には直流電流が印加されず、応答信号３Ｓは、基準電位ＶＢを中心電位とする信号となる。
この際、位相比較回路４３で用いる基準電位として基準電位ＶＢが用いられており、この応答信号３Ｓは、位相比較回路４３へ直接入力されて、基準信号４２Ｓと位相比較される。【００６２】  このように、波形情報検出部４Ａに位相比較回路４３を設け、応答信号３Ｓと基準信号４２Ｓの位相を比較することにより、被検体１０に固有の容量成分に応じて変化する位相を、応答信号３Ｓの波形を示す波形情報として検出するようにしたので、従来に比べ、例えば大きな面積を必要とする抵抗素子や容量素子を必要とすることなく、一般的なコンパレータや論理回路などの位相比較回路という極めて簡素な回路構成で被検体の電気的特性、ここでは被検体１０に固有のインピーダンスのうち虚数成分を示す情報を詳細に検出でき、生体認識装置の小型化さらにはチップ化を容易に実現できる。【００６３】  また、基準電位供給部６から供給信号２Ｓの中心電位に等しい基準電位を検出素子１の共通電位として供給するようにしたので、比較的簡素な回路構成により、正負電源を用いることなく単一電源で、被検体のインピーダンスに応じた波形情報を有する所望の検出信号を得ることができる。したがって、例えば正負電源を用いる場合と比較して、回路のレイアウト面積を小さくすることができ、生体認識装置の製造コストを削減できる。【００６４】［第８の実施の形態］
次に、図１３を参照して、本発明の第８の実施の形態にかかる生体認識装置について説明する。図１３は本発明の第８の実施の形態にかかる生体認識装置の構成を示すブロック図である。
この生体認識装置は、波形情報検出部４Ｂにおいて、応答信号３Ｓの振幅を前述の波形情報として検出し、その波形情報を含む検出信号４ＢＳを出力するようにしたものである。前述した第５の実施の形態（図７参照）と比較して、波形情報検出部４Ｂに最大電圧検出回路４５を有する点が異なる。なお、図７と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。【００６５】  最大電圧検出回路４５は、接地電位などの共通電位を中心電位とする応答信号３Ｓから、被検体１０に固有のインピーダンス特性ここでは抵抗成分に対応する振幅変化を検出し、検出信号４ＢＳとして出力する。最大電圧検出回路４５の具体例としてはサンプルホールド回路などがある。なお、図１３の生体認識装置において、波形情報検出部４Ｂ以外の構成については、図７と同様であり、詳細な説明は省略する。【００６６】  次に、図１３の生体認識装置の動作について説明する。被検体１０は検出素子１の検出電極１１と検出電極１２とを介して電流−電圧変換回路３１の出力段に接続される。ここで、被検体１０に固有のインピーダンスは、検出素子１の検出電極１１と検出電極１２との間に接続された容量成分Ｃｆと抵抗成分Ｒｆで示すことができる。したがって、電流−電圧変換回路３１から所定の出力インピーダンスで印加された供給信号２Ｓは、電流−電圧変換回路３１の出力インピーダンスと各被検体１０に固有のインピーダンスとで分圧される。そして、被検体１０に流れる電流が、各被検体１０に固有のインピーダンスに応じてその位相または振幅が変化し、これら変化が電圧に変換された応答信号３Ｓとして出力される。【００６７】  本実施の形態では、波形情報検出部４Ｂの最大電圧検出回路４５で、応答信号３Ｓの振幅ピーク値を含んだ検出信号４ＢＳを出力する。
図１３の各部における信号波形例を図１４Ａ−図１４Ｄに示す。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ＶＡを中心電位とする整形信号２２Ｓが生成され、オフセット除去回路２３から共通電位を中心電位とする供給信号２Ｓが出力される。
これにより、応答信号３Ｓは、共通電位を中心電位とする信号となり、被検体１０のインピーダンスに応じて振幅が変化する。最大電圧検出回路４５は、応答信号３Ｓの最大電圧値を検出し、応答信号３Ｓの振幅Ａに比例した直流電位を示す検出信号４ＢＳを出力する。【００６８】  このように、波形情報検出部４Ｂに最大電圧検出回路４５を設け、被検体１０に固有の抵抗成分に応じて変化する振幅を、応答信号３Ｓの波形を示す波形情報として検出するようにしたので、従来に比べ、例えば大きな面積を必要とする抵抗素子や容量素子を必要とすることなく、一般的なサンプルホールド回路などのピーク電圧検出回路という極めて簡素な回路構成で被検体の電気的特性、ここでは被検体１０に固有のインピーダンスのうち実数成分を示す情報を詳細に検出でき、生体認識装置の小型化さらにはチップ化を容易に実現できる。【００６９】  また、オフセット除去回路２３で共通電位を中心電位とする供給信号２Ｓ生成して被検体１０へ印加するようにしたので、共通電位として接地電位を用いた場合には、最大電圧検出回路４５で応答信号３Ｓの最大電圧を検出するだけで、被検体１０に応じた応答信号３Ｓの振幅を得ることができる。したがって、例えば共通電位として接地電位を用いることによりノイズ耐性を向上させることができるとともに、信号処理回路の動作電源を単一電源とすることができ、正負電源を用いる場合と比較して、回路のレイアウト面積を小さくすることができ、生体認識装置の製造コストを削減できる。【００７０】［第９の実施の形態］
次に、図１５を参照して、本発明の第９の実施の形態にかかる生体認識装置について説明する。図１５は本発明の第９の実施の形態にかかる生体認識装置の構成を示すブロック図である。
本実施の形態は、前述した第８の実施の形態（図１３参照）と同様に、波形情報として応答信号３Ｓの振幅を検出するようにしたものであるが、波形情報検出部４Ｂで、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の振幅を検出するようにした点が第８の実施の形態と異なる。なお、図７と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。【００７１】  波形情報検出部４Ｂは、ピーク電圧検出回路４６、中心電圧検出回路４７、および電圧比較回路４８から構成されている。ピーク電圧検出回路４６は、応答信号３Ｓからそのピーク電圧値４６Ｓを検出する。中心電圧検出回路４７は応答信号３Ｓからその中心電圧値４７Ｓを検出する。電圧比較回路４８は、ピーク電圧値４６Ｓと中心電圧値４７Ｓ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４ＢＳを出力する。
なお、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から構成されており、前述したオフセット除去回路２３は設けられていない。【００７２】  次に、図１６Ａ−図１６Ｃを参照して、本実施の形態にかかる生体認識装置の動作について説明する。図１６Ａ−図１６Ｃは、図１５の生体認識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ＶＡを中心電位とする供給信号２Ｓが出力される。これにより、被検体１０には直流電流が印加され、応答信号３Ｓは、被検体１０の抵抗成分Ｒｆによるオフセットを含む信号となる。
本実施の形態では、波形情報検出部４Ｂにピーク電圧検出回路４６と中心電圧検出回路４７を設けて、応答信号３Ｓのピーク電圧値４６Ｓと中心電圧値４７Ｓとを検出し、これらを電圧比較回路４８で比較することにより、応答信号３Ｓの振幅を検出している。この際、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。【００７３】  このように、波形情報検出部４Ｂで、被検体１０に固有の抵抗成分に応じて変化する振幅を、応答信号３Ｓの波形を示す波形情報として検出するようにしたので、従来に比べ、例えば大きな面積を必要とする抵抗素子や容量素子を必要とすることなく、一般的なサンプルホールド回路などのピーク電圧検出回路という極めて簡素な回路構成で被検体の電気的特性、ここでは被検体１０に固有のインピーダンスのうち実数成分を示す情報を詳細に検出でき、生体認識装置の小型化さらにはチップ化を容易に実現できる。【００７４】  また、ピーク電圧検出回路４６と中心電圧検出回路４７で、応答信号３Ｓのピーク電圧値４６Ｓと中心電圧値４７Ｓを検出し、これらを電圧比較回路４８で比較することにより、応答信号３Ｓの振幅を検出するようにしたので、応答信号３Ｓの中心電位に関係なく、その振幅を検出できる。したがって、例えば共通電位として接地電位を用いることによりノイズ耐性を向上させることができるとともに、信号処理回路の動作電源を単一電源とすることができ、正負電源を用いる場合と比較して、回路のレイアウト面積を小さくすることができ、生体認識装置の製造コストを削減できる。【００７５】  なお、本実施の形態において、ピーク電圧検出回路４６と中心電圧検出回路４７に代えて、最大電圧検出回路と最小電圧検出回路を用い、図１７Ａ−図１７Ｂに示すように、これら回路から得られた応答信号３Ｓの最大電圧値と最小電圧値とを用いて、電圧比較回路４８で応答信号３Ｓの振幅Ｂを検出するようにしてもよく、前述と同様の作用効果が得られる。【００７６】  なお、以上の第５〜９の各実施の形態では、波形情報検出部４（４Ａ，４Ｂ）で、位相差または振幅のいずれかを検出する場合を例として説明したが、これら位相差および振幅の両方を並列的に検出し、それぞれの検出信号に基づき生体認識部５で被検体１０が生体か否かを判定するようにしてもよい。これにより、被検体の材料や材質を選択してその実数成分および虚数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。【００７７】  この際、前述した第５〜７の実施の形態のいずれかと第８，９の実施の形態のいずれかとを組み合わせて適用することにより、例えば共通電位として接地電位を用いることによりノイズ耐性を向上させることができるとともに、信号処理回路の動作電源を単一電源とすることができ、正負電源を用いる場合と比較して、回路のレイアウト面積を小さくすることができ、生体認識装置の製造コストを削減できる。
この際、第８の実施の形態（図１３参照）については、応答信号３Ｓの中心電位が接地電位であることが望ましく、共通電位として接地電位を用いた第５の実施の形態（図７参照）と容易に組み合わせることができる。また、第９の実施の形態（図１５参照）については、応答信号３Ｓが動作電源電位と接地電位との間に存在することが望ましく、第６の実施の形態（図９参照）または第７の実施の形態（図１１参照）と容易に組み合わせることができる。【００７８】［第１０の実施の形態］
まず、図１８を参照して、本発明の第１０の実施の形態にかかる生体認識装置について説明する。図１８は本発明の第１０の実施の形態にかかる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、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４、生体認識部５、および制御部６が設けられている。
本実施の形態は、被検体のインピーダンスに基づき生体認識を行う際、そのインピーダンスを示す波形情報に基づき生体認識を行うとともに、異なる周波数で検出した複数の生体情報に基づき生体認識を行うようにしたものである。なお、前述した第１の実施の形態（図１参照）と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。【００７９】  検出素子１は、検出電極を介して被検体１０と電気的に接触し、被検体１０の持つインピーダンスの容量成分および抵抗成分を応答信号生成部３へ接続する。供給信号生成部２は、制御部６からの周波数制御信号６１Ｓに基づき、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。応答信号生成部３は、供給信号生成部２からの供給信号２Ｓを検出素子１に印加し、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を波形情報検出部４へ出力する。【００８０】  波形情報検出部４は、制御部６からの周波数制御信号６１Ｓに基づき、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、異なる周波数の供給信号２Ｓごとに得られた波形情報検出部４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。制御部６は、ＣＰＵや論理回路からなり、所定のタイミングで周波数制御信号６１Ｓおよび判定制御信号６２Ｓを出力する。【００８１】  次に、本実施の形態にかかる生体認識装置の動作について説明する。被検体１０は検出素子１を介して応答信号生成部３の出力段に接続される。ここで、被検体１０に固有のインピーダンスは、検出素子１を介して応答信号生成部３の出力段と例えば接地電位などの共通電位（低インピーダンス）の間に接続された容量成分と抵抗成分で示すことができる。
したがって、応答信号生成部３から所定の出力インピーダンスで印加された供給信号２Ｓは、その出力インピーダンスと各被検体１０に固有のインピーダンスとで分圧される。そして、被検体１０に流れる電流が、各被検体１０に固有のインピーダンスに応じてその位相または振幅が変化し、これら変化が電圧に変換された応答信号３Ｓとして出力される。【００８２】  この応答信号３Ｓは、波形情報検出部４へ入力されて、上記位相または振幅の変化が波形の情報すなわち波形情報として検出される。この際、図１９Ａ−図１９Ｄの信号波形図に示すように、例えば位相比較回路などを用いて供給信号２Ｓに同期する基準信号と応答信号３Ｓとを位相比較することにより、供給信号２Ｓと応答信号３Ｓとの位相差φを検出できる。また、図２０Ａ−図２０Ｃに示すように、例えばサンプルホールド回路などを用いて応答信号３Ｓの最大電圧値を計測することにより応答信号３Ｓの振幅Ｖを検出できる。
そして、このようにして検出された波形情報を含む検出信号４Ｓが波形情報検出部４から出力される。【００８３】  生体認識部５は、波形情報検出部４からの検出信号４Ｓに含まれる波形情報から得られた認識指標値と、正当な生体の認識指標値を示す基準範囲とを比較することにより、被検体１０が生体であるか否かを認識判定し、被検体１０に対する認識結果５Ｓを出力する。
この際、生体認識部５では、制御部６からの判定制御信号６２Ｓに基づき、異なる周波数の供給信号２Ｓごとに得られた認識指標値を用いて、被検体１０が生体であるか否かを判定する。そして、各認識指標値がすべて基準範囲内であった場合には、被検体１０が正当な生体であることを示す認識結果５Ｓが出力され、いずれかの認識指標値が基準範囲外であった場合には、被検体１０が正当な生体ではないことを示す認識結果５Ｓが出力される。【００８４】  前述したように、正当な生体のインピーダンスは、容量成分と抵抗成分で示すことができる。したがって、その容量成分すなわち虚数成分に起因してそのインピーダンスの大きさが周波数によって変化する。したがって、図２１Ａ−図２１Ｄに示すように、所定周波数ｆ＝ｆ０とこれより高い周波数ｆ＝ｆ３（ｆ０＜ｆ３）とでは、応答信号３Ｓの波形情報として得られる供給信号２Ｓとの位相差φが変化する。また、図２２Ａ−図２２Ｄに示すように、周波数ｆ＝ｆ０と周波数ｆ＝ｆ３とでは、応答信号３Ｓの波形情報として得られる振幅Ｖも変化する。【００８５】  生体認識部５では、各認識指標値と基準範囲とを比較する場合、図２３に示すように、個々の認識指標値が得られた測定条件すなわち供給信号２Ｓの周波数ｆごとに、正当な生体の認識指標値を示す個々の基準範囲５０を用いている。これにより、被検体１０について異なる測定条件を用いた高精度の認識判定を実現でき、人工指などを用いた不正行為に対して高いセキュリティが得られる。なお、各測定条件に対する基準範囲については予め生体認識部５に設定しておいてもよく制御部６から通知されたものを用いるようにしてもよい。【００８６】  このように、波形情報検出部４で、被検体１０のインピーダンスに応じて変化した応答信号３Ｓからその波形を示す位相差や振幅などの波形情報を検出し、この波形情報から得られた認識指標値に基づき、被検体１０に対する生体認識を行うようにしたので、従来に比べ、例えば大きな面積を必要とする抵抗素子や容量素子を必要とすることなく、一般的なコンパレータや論理回路などの位相比較回路という極めて簡素な回路構成で被検体の電気的特性を示す情報を詳細に検出でき、生体認識装置の小型化さらにはチップ化を容易に実現できる。【００８７】  また、異なる周波数の供給信号２Ｓから得られた複数の認識指標値を用いて、被検体１０に対する生体認識を行うようにしたので、各周波数においてインピーダンスを擬似することが難しいことから、被検体１０について異なる測定条件を用いた高精度の認識判定を実現でき、人工指などを用いた不正行為に対して高いセキュリティが得られる。
この際、認識指標値を得る測定条件ここでは周波数について、離散的に選択した複数の周波数における認識指標値を用いて生体認識を行うようにしたので、幅を持つ周波数領域において連続した周波数特性を検出して判定する必要がなく、認証判定動作に要する時間を短縮できるとともに、簡素な回路構成で十分な判定精度が得られる。【００８８】［第１１の実施の形態］
次に、図２４を参照して、本発明の第１１の実施の形態にかかる生体認識装置について説明する。図２４は本発明の第１１の実施の形態にかかる生体認識装置の構成を示すブロック図である。
前述した第１０の実施の形態（図１８参照）では、被検体１０から認識指標値を得る測定条件として、供給信号２Ｓの周波数を変化させた場合について説明した。本実施の形態では、被検体１０から認識指標値を得る測定条件として、供給信号２Ｓの印加開始からの経過時間を変化させた場合について説明する。なお、図２４において、前述の図１８と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。【００８９】  制御部６は、ＣＰＵや論理回路からなり、所定のタイミングで供給制御信号６３Ｓおよび判定制御信号６４Ｓを出力する。供給信号生成部２は、制御部６からの供給制御信号６３Ｓに基づき、所定周波数の供給信号２Ｓの供給を開始する。これに応じて、応答信号生成部３から検出素子１を介して被検体１０へ供給信号２Ｓの印加が開始され、被検体１０のインピーダンスに応じて位相および振幅が変化した応答信号３Ｓが波形情報検出部４へ出力される。波形情報検出部４は、制御部６からの供給制御信号６３Ｓに基づき、この応答信号３Ｓから供給信号２Ｓとの位相差または振幅を示す波形情報を検出し、検出信号４Ｓとして出力する。なお、波形情報検出部４の動作については前述と同様であり、ここでの説明は省略する。【００９０】  生体認識部５では、制御部６からの判定制御信号６４Ｓで指定されたタイミング、すなわち供給信号２Ｓの印加開始からの異なる経過時間ごとに、波形情報検出部４からの検出信号４Ｓから得られた認識指標値と正当な生体の認識指標値を示す基準範囲とを比較する。そして、各認識指標値がすべて基準範囲内であった場合には、被検体１０が正当な生体であることを示す認識結果５Ｓが出力され、いずれかの認識指標値が基準範囲外であった場合には、被検体１０が正当な生体ではないことを示す認識結果５Ｓが出力される。【００９１】  前述したように、正当な生体のインピーダンスは、容量成分と抵抗成分で示すことができる。この際、生体の皮膚からの発汗などに起因して、検出素子１と生体との間に発生する接触抵抗が経過時間とともに変化し、検出素子１から見た被検体１０側のインピーダンスが変化する。したがって、図２５Ａ−図２５Ｃに示すように、被検体１０が検出素子１に接触して供給信号２Ｓの印加が開始されてからの経過時間Ｔ＝Ｔ０とこれより長い経過時間Ｔ＝Ｔ３（Ｔ０＜Ｔ３）とでは、応答信号３Ｓの波形情報として得られる供給信号２Ｓとの位相差φが変化する。また、図２６Ａ−図２６Ｃに示すように、経過時間Ｔ＝Ｔ０と経過時間Ｔ＝Ｔ３とでは、応答信号３Ｓの波形情報として得られる振幅Ｖも変化する。【００９２】  生体認識部５では、各認識指標値と基準範囲とを比較する場合、図２７に示すように、個々の認識指標値が得られた測定条件すなわち供給信号２Ｓの印加開始からの経過時間Ｔごとに、正当な生体の認識指標値を示す個々の基準範囲５１を用いている。これにより、被検体１０について異なる測定条件を用いた高精度の認識判定を実現でき、人工指などを用いた不正行為に対して高いセキュリティが得られる。なお、各測定条件に対する基準範囲については予め生体認識部５に設定しておいてもよく制御部６から通知されたものを用いるようにしてもよい。【００９３】  このように、波形情報検出部４で、被検体１０のインピーダンスに応じて変化した応答信号３Ｓからその波形を示す位相差や振幅などの波形情報を検出し、この波形情報から得られた認識指標値に基づき、被検体１０に対する生体認識を行うようにしたので、従来に比べ、例えば大きな面積を必要とする抵抗素子や容量素子を必要とすることなく、一般的なコンパレータや論理回路などの位相比較回路という極めて簡素な回路構成で被検体の電気的特性を示す情報を詳細に検出でき、生体認識装置の小型化さらにはチップ化を容易に実現できる。【００９４】  また、供給信号２Ｓの印加開始からの経過時間ごとに得られた複数の認識指標値を用いて、被検体１０に対する生体認識を行うようにしたので、被検体１０について異なる測定条件を用いた高精度の認識判定を実現でき、人工指などを用いた不正行為に対して高いセキュリティが得られる。
この際、認識指標値を得る測定条件ここでは経過時間について、離散的に選択した複数の経過時間における認識指標値を用いて生体認識を行うようにしたので、幅を持つ経過時間領域において連続した経過時間特性を検出して判定する必要がなく、認証判定動作に要する時間を短縮できるとともに、簡素な回路構成で十分な判定精度が得られる。【００９５】  なお、以上の第１０，１１の各実施の形態では、生体認識部５において、複数の認識指標値を用いて総合的な判定認識を行う場合、すべての認識指標値が基準範囲内である場合にのみ、被検体１０が正当な生体であると判定する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、各認識指標値のうち、基準範囲内であると判定された認識指標値の数に対する条件、例えばいずれか１つ、所定数以上、過半数などの条件に基づき総合的な認識判定を行ってもよく、突発的なノイズなどに対して安定した認識判定を行うことができる。【００９６】  また、以上の第１０，１１の各実施の形態では、個々の認識指標値と基準範囲とを比較する際、それぞれの測定条件に対応する基準範囲を用いる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、各測定条件で得られる正当な生体の認識指標値を網羅する共通の基準範囲を用いてもよく、複数の基準範囲を用いて判定する場合と比較して、回路構成を簡略化できる。【００９７】  また、生体認識部５における複数の認識指標値を用いた総合的な判定認識の他の方法としては、個々の認識指標値から統計処理によりその代表値を求め、その代表値と正当な生体の認識指標値を示す基準範囲とを比較することにより判定認識を行うようにしてもよい。この代表値としては、平均値、中央値、最大値、最小値など各種統計値を用いることができる。これにより、１つの基準範囲で判定でき、複数の基準範囲を用いて判定する場合と比較して、回路構成を簡略化できる。また、平均値や中央値など、複数の認識指標値から得られる統計値を用いることにより、突発的なノイズなどに対して安定した認識判定を行うことができる。【００９８】  なお、以上の第１０，１１の各実施の形態では、測定条件として供給信号２Ｓの周波数、または供給信号の印加開始からの経過時間を変化させた場合を例として説明したが、これら測定条件を組み合わせて得られた複数の認識指標値に基づき、生体認識を行うようにしてもよく、さらに高精度で高いセキュリティの生体認識を実現できる。
なお、測定条件としては、供給信号２Ｓの周波数や経過時間に限定されるものではなく他の測定条件を用いてもよい。【００９９】  また、以上の第１０，１１の各実施の形態では、応答信号３Ｓの波形情報として、位相差または振幅のいずれかを用いる場合について説明したが、波形情報検出部４でこれら両方の波形情報を検出し、生体認識部５でこれら両方の波形情報から得られたそれぞれの認識指標値に対して、認識判定を行うようにしてもよく、さらに高精度で高いセキュリティの生体認識を実現できる。【０１００】［第１２の実施の形態］
まず、図２８を参照して、本発明の第１２の実施の形態にかかる生体認識装置について説明する。図２８は本発明の第１２の実施の形態にかかる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、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４、および生体認識部５が設けられている。【０１０１】  検出素子１は、検出電極を介して被検体１０と電気的に接触し、被検体１０の持つインピーダンスの容量成分および抵抗成分を応答信号生成部３へ接続する。供給信号生成部２は、周波数発生回路２Ａと波形整形回路２Ｂとからなり、周波数発生回路２Ａで発生させた所定周波数の矩形波信号２０Ｓから所望の周波数成分を波形整形回路２Ｂで抽出することにより交流の供給信号２Ｓを生成して応答信号生成部３に出力する。応答信号生成部３は、供給信号生成部２からの供給信号２Ｓを、電流−電圧変換回路３Ａを介して検出素子１に印加し、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Ｃｆおよび抵抗成分Ｒｆにより変化する応答信号３Ｓを波形情報検出部４へ出力する。【０１０２】  波形情報検出部４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。この際、波形情報検出部４で、応答信号３Ｓと例えば供給信号２Ｓなどの所定の基準信号との位相を位相比較器などで比較することにより、被検体１０に固有の容量成分に応じて変化する位相を、応答信号３Ｓの波形を示す波形情報として検出してもよく、あるいは被検体１０に固有の抵抗成分に応じて変化する振幅を、コンパレータなどで応答信号３Ｓの波形を示す波形情報として検出してもよい。
生体認識部５は、波形情報検出部４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。【０１０３】  次に、本実施の形態にかかる生体認識装置の動作について説明する。被検体１０が検出素子１の端子１１，１２に接触した場合、供給信号生成部２から検出素子１に印加されている供給信号２Ｓ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Ｃｆおよび抵抗成分Ｒｆ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は、波形情報検出部４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。
生体認識部５では、この検出信号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。【０１０４】  このように、本実施の形態では、波形情報検出部４を設けて、応答信号３Ｓの位相差または振幅を示す波形情報を検出することにより、被検体１０に固有のインピーダンスの実数成分または虚数成分を示す情報を検出し、検出した情報に基づき生体認識部５で被検体１０が生体か否かを判定するようにしたので、従来に比べ、例えばトランス、インダクタンス、キャパシタンスなどの外付け部品を必要とせず、波形情報を検出する比較的簡素な回路構成で被検体の電気的特性を詳細に検査することができ、生体認識装置の小型化さらにはチップ化を実現できる。【０１０５】  また、波形情報検出部４では、被検体１０とのインピーダンス整合を用いることなく、応答信号３Ｓの位相差または振幅を示す波形情報を検出していることから、供給信号２Ｓとして歪みのない高精度な正弦波信号を用いる必要はない。したがって、本実施の形態では、供給信号生成部２において、周波数発生回路２Ａで発生させた矩形波信号２０Ｓから所望の周波数成分を波形整形回路２Ｂで抽出することにより擬似的な正弦波からなる供給信号２Ｓを生成している。これにより、高精度な正弦波信号を発生させる回路と比較して回路構成の規模を大幅に縮小でき、生体認識装置の小型化さらにはチップ化を実現できる。【０１０６】  図２９に波形整形回路２Ｂの回路構成例を示す。この波形整形回路２Ｂは、第１の駆動回路２１、ローパスフィルタ２２、および第２の駆動回路２３から構成されている。
第１の駆動回路２１は、後段の回路を駆動するための、例えばインバータ回路などのバッファ回路からなり、周波数発生回路２Ａから出力された矩形波信号２０Ｓを入力として低インピーダンスで矩形波信号２１Ｓを出力する。なお、周波数発生回路２Ａとしては、例えば水晶発振を用いた公知のパルス発生回路などを用いればよい。【０１０７】  ローパスフィルタ２２は、図３０に示すようなＲＣローパスフィルタを用いればよい。この回路例は抵抗素子Ｒと容量素子Ｃで構成されているが、回路に潜在する容量や抵抗を利用してどちらか一方のみを用いる構成でもよい。このローパスフィルタ２２により矩形波信号２１Ｓから所望の周波数成分が抽出され、その矩形パルスをなまらせた波形の低周波信号２２Ｓが得られる。
第２の駆動回路２３は、第１の駆動回路２１と同様に、後段の回路を駆動するための回路からなり、ローパスフィルタ２２から出力された信号を低インピーダンスで供給信号２Ｓとして出力する。この第２の駆動回路２３としては、例えば差動増幅回路の反転入力を出力に接続した構成のインピーダンス変換回路を用いてもよい。【０１０８】  このように、波形整形回路２Ｂとして、周波数発生回路２Ａからの矩形波信号２０Ｓから所望の低周波成分を抽出するローパスフィルタ２２を用いるようにしたので、例えば抵抗素子Ｒと容量素子Ｃという極めて簡素な回路構成で所望の供給信号２Ｓを得ることができ、生体認識装置の小型化さらにはチップ化を実現できる。
また、従来のディジタル方式波形発生回路では、数ｍｍ角の実装面積が必要となるＡ／Ｄ変換器やメモリを用いる必要があるが、本実施の形態によれば、数１０μｍ角の面積に実装することができる。【０１０９】［第１３の実施の形態］
次に、図３１を参照して、本発明の第１３の実施の形態にかかる生体認識装置について説明する。図３１は第１３の実施の形態にかかる生体認識装置で用いられる波形整形回路２Ｂを示す回路構成例である。本実施の形態にかかる生体認識装置は、前述した図２８の生体認識装置において図３１の波形整形回路２Ｂを用いたものである。なお、波形整形回路２Ｂ以外の構成については前述と同様でありここでの説明は省略する。【０１１０】  この波形整形回路２Ｂは、前述した図２９の波形整形回路と比較して、振幅制限回路２４と増幅回路２５とが追加されているほかは図２９と同様の構成であり、同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
この振幅制限回路２４は、矩形波信号２１Ｓの振幅を制限して矩形波の制限信号２４Ｓを出力する回路である。増幅回路２５はローパスフィルタ２２から得られた信号を増幅し、増幅信号２５Ｓとして第２の駆動回路２３へ出力する回路である。
これにより、矩形波信号２１Ｓと比較して振幅の小さい制限信号２４Ｓがローパスフィルタ２２を通過することになり、ローパスフィルタ２２で用いる抵抗素子の抵抗値や容量素子の容量値を小さくでき、チップ上でこれら回路素子の形成に必要なレイアウト面積を削減できる。【０１１１】  図３２に、振幅制限回路の回路構成例を示す。この振幅制限回路２４は、インバータ回路２００、第１の参照電圧発生回路２０１、第２の参照電圧発生回路２０２、第１のスイッチ素子２１１、および第２のスイッチ素子２１２で構成されている。
インバータ回路２００は、矩形波信号２１Ｓの論理値を反転して出力し、第１のスイッチ素子２１１は、このインバータ回路２００からの反転出力によりスイッチング（オン／オフ）動作し、第１の参照電圧発生回路２０１からの第１の参照電圧Ｖｒｅｆ１を制限信号２４Ｓとして断続的に出力する。一方、第２のスイッチ素子２１２は、矩形波信号２１Ｓに応じてスイッチング（オン／オフ）動作し、第２の参照電圧発生回路２０２からの第２の参照電圧Ｖｒｅｆ２を制限信号２４Ｓとして断続的に出力する。【０１１２】  図３３に示すように、第１の参照電圧Ｖｒｅｆ１は、入力される矩形波信号２１Ｓの中心電位Ｖ３と第１の共通電位Ｖ１（ＬＯＷレベル電位）との間の電位に設定され、第２の参照電圧Ｖｒｅｆ２は、矩形波信号２１Ｓの中心電位Ｖ３と第２の共通電位Ｖ２（ＨＩＧＨレベル電位：Ｖ２＞Ｖ１）との間の電位に設定されている。なお、これら共通電位としては、各種電源電位などの低インピーダンス電位が用いられる。
この際、第１のスイッチ素子２１１と第２のスイッチ素子２１２とは、互いに逆論理の信号で制御されるため、それぞれ逆位相でスイッチング動作する。これにより、図３３に示すように、第１の参照電圧Ｖｒｅｆ１と第２の参照電圧Ｖｒｅｆ２とが逆のタイミングで交互に出力され、矩形波信号２１Ｓの振幅が第１の参照電圧Ｖｒｅｆ１と第２の参照電圧Ｖｒｅｆ２との間に制限された制限信号２４Ｓが出力される。【０１１３】  このように、インバータ回路２００で２つのスイッチ素子２１１，２１２を交互にスイッチング動作させて第１の参照電圧Ｖｒｅｆ１と第２の参照電圧Ｖｒｅｆ２とを交互に出力するようにしたので、極めて簡素な回路構成で、矩形波信号２１Ｓの振幅を制限でき、回路のレイアウト面積を削減できる。
なお、スイッチ素子２１１，２１２としてはＭＯＳＦＥＴなどの半導体素子を用いればよい。【０１１４】［第１４の実施の形態］
次に、図３４を参照して、本発明の第１４の実施の形態にかかる生体認識装置について説明する。図３４は第１４の実施の形態にかかる生体認識装置で用いられる振幅制限回路２４を示す回路構成例である。本実施の形態にかかる生体認識装置は、前述した図２８の生体認識装置において図３１の波形整形回路２Ｂを用い、さらに振幅制限回路２４として図３４の振幅制限回路２４を用いたものである。なお、振幅制限回路２４以外の構成については前述と同様でありここでの説明は省略する。
この振幅制限回路２４は、前述した図３２の振幅制限回路と比較して、インバータ回路２００で２つのスイッチ素子２１１，２１２を交互にスイッチング動作する構成に代えて、極性（制御論理）の異なる２つのスイッチ素子を用いて交互に逆のタイミングでスイッチング動作させるようにした点が異なる。【０１１５】  この振幅制限回路２４は、第１の参照電圧発生回路２０１、第２の参照電圧発生回路２０２、第１のスイッチ素子２２１および第２のスイッチ素子２２２から構成されている。図３４では、第１のスイッチ素子２２１としてｎ型のＭＯＳＦＥＴを使用し、第２のスイッチ素子２２２としてｐ型のＭＯＳＦＥＴを使用しており、互いに極性（制御論理）が異なっている。
これら第１のスイッチ素子２２１および第２のスイッチ素子２２２は、制御端子（ゲート端子）に共通して矩形波信号２１Ｓが入力され、出力端子（ドレイン端子）が共通接続されて制限信号２４Ｓを出力する。また、入力端子（ソース端子）にはそれぞれ第１の参照電圧発生回路２０１および第２の参照電圧発生回路２０２が個別に接続されている。【０１１６】  したがって、両スイッチ素子２２１，２２２の極性が異なっていることから、矩形波信号２１ＳがＬＯＷレベル（Ｖ１）の時は、第１のスイッチ素子２２１が高インピーダンスとなるとともに第２のスイッチ素子２２２が低インピーダンスとなるので、制限信号２４Ｓとして第２の参照電圧Ｖｒｅｆ２が出力される。一方、矩形波信号２１ＳがＨＩＧＨレベル（Ｖ２）の時は、第１のスイッチ素子２２１が低インピーダンスとなるとともに第２のスイッチ素子２２２が高インピーダンスとなるので、制限信号２４Ｓとして第１の参照電圧Ｖｒｅｆ１が出力される。
これにより、前述した図３３に示したような、矩形波信号２１Ｓの振幅が制限された制限信号２４Ｓが得られる。【０１１７】  このように、極性の異なる２つのスイッチ素子を用いることにより、矩形波信号２１Ｓに応じて逆のタイミングで交互にスイッチング動作させるようにしたので、前述した図３２の回路構成と比較して、振幅制限回路の回路構成をさらに簡素化でき、回路のレイアウト面積を削減できる。【０１１８】［第１５の実施の形態］
次に、図３５を参照して、本発明の第１５の実施の形態にかかる生体認識装置について説明する。図３５は第１５の実施の形態にかかる生体認識装置で用いられる波形整形回路２Ｂを示す回路構成例である。本実施の形態にかかる生体認識装置は、前述した図２８の生体認識装置において図３５の波形整形回路２Ｂを用いたものである。なお、波形整形回路２Ｂ以外の構成については前述と同様でありここでの説明は省略する。【０１１９】  この波形整形回路２Ｂは、前述した図２９の波形整形回路と比較して、ローパスフィルタ２２に代えて振幅制限ローパスフィルタ２６を用いているとともに、増幅回路２５が追加されているほかは図２９と同様の構成であり、同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
この振幅制限ローパスフィルタ２６は、矩形波信号２１Ｓの振幅を制限する振幅制限回路２４の機能と、所望の低周波数成分を抽出するローパスフィルタ２２の機能とを合わせ持つ回路である。【０１２０】  図３６に振幅制限ローパスフィルタ２６の回路構成例を示す。この振幅制限ローパスフィルタ２６は、第１のスイッチ素子２３１、第２のスイッチ素子２３２、第１の抵抗素子２３３、および第２の抵抗素子２３４で構成されている。
図３６では、第１のスイッチ素子２３１としてｎ型のＭＯＳＦＥＴを使用し、第２のスイッチ素子２３２としてｐ型のＭＯＳＦＥＴを使用しており、互いに極性（制御論理）が異なっている。また、第１の抵抗素子２３３および第２の抵抗素子２３４としては、ポリシリコン抵抗を用いてもよいし、ＭＯＳＦＥＴを用いてもよい。【０１２１】  これら第１のスイッチ素子２３１および第２のスイッチ素子２３２は、制御端子（ゲート端子）に共通して矩形波信号２１Ｓが入力され、出力端子（ドレイン端子）が互いに接続されて制限信号２６Ｓを出力する。また、第１のスイッチ素子２３１の入力端子（ソース端子）は第１の抵抗素子２３３を介して第１の共通電位Ｖ１に接続されており、第２のスイッチ素子２３２の入力端子（ソース端子）は第２の抵抗素子２３４を介して第２の共通電位Ｖ２に接続されている。【０１２２】  したがって、両スイッチ素子２３１，２３２の極性が異なっていることから、矩形波信号２１ＳがＬＯＷレベル（Ｖ１）の時は、第１のスイッチ素子２３１が高インピーダンスとなるとともに第２のスイッチ素子２３２が低インピーダンスとなるので、図３７に示すように、制限信号２６Ｓとして第２の共通電位Ｖ２から第２の抵抗素子２３４による電圧降下Ｖｒ２を差し引いた制限電位Ｖｐ２が出力される。
この際、第２のスイッチ素子２３２は、第２の共通電位Ｖ２に対して第２の抵抗素子２３４を介して低インピーダンスとなるため、出力端子の電位が徐々に変化し、結果として高周波成分がカットされ、矩形波信号２１Ｓの波形がなまった制限信号２６Ｓが得られる。【０１２３】  一方、矩形波信号２１ＳがＨＩＧＨレベル（Ｖ２）の時は、第１のスイッチ素子２３１が低インピーダンスとなるとともに第２のスイッチ素子２３２が高インピーダンスとなるので、図３７に示すように、制限信号２６Ｓとして第１の共通電位Ｖ１から第１の抵抗素子２３３による電圧降下Ｖｒ１を足した制限電位Ｖｐ１が出力される。
この際も、第１のスイッチ素子２３１は、第１の共通電位Ｖ１に対して第１の抵抗素子２３３を介して低インピーダンスとなるため、出力端子の電位が徐々に変化し、結果として高周波成分がカットされ、矩形波信号２１Ｓの波形がなまった制限信号２６Ｓが得られる。【０１２４】  このように、極性の異なる２つのスイッチ素子を用いて、矩形波信号２１Ｓに応じて交互に逆のタイミングでスイッチング動作させるとともに、抵抗を介して２つの電位を交互に出力するようにしたので、矩形波信号２１Ｓの振幅を制限する機能と、矩形波信号２１Ｓから所望の低周波成分を抽出する機能の両方を実現でき、前述した図３１の回路構成と比較して、波形整形回路の回路構成をさらに簡素化でき、回路のレイアウト面積を削減できる。【０１２５】［第１６の実施の形態］
次に、図３８を参照して、本発明の第１６の実施の形態にかかる生体認識装置について説明する。図３８は第１６の実施の形態にかかる生体認識装置で用いられる振幅制限回路ローパスフィルタを示す回路構成例である。本実施の形態にかかる生体認識装置は、前述した図２８の生体認識装置において図３５の波形整形回路２Ｂを用い、さらに振幅制限ローパスフィルタ２６として図３８の振幅制限ローパスフィルタを用いたものである。なお、振幅制限ローパスフィルタ２６以外の構成については前述と同様でありここでの説明は省略する。【０１２６】  この振幅制限ローパスフィルタ２６は、第１の参照電圧発生回路２０１、第２の参照電圧発生回路２０２、第１のスイッチ素子２４１、および第２のスイッチ素子２４２から構成されている。
第１のスイッチ素子２４１は、制御端子（ゲート端子）に第１の参照電圧Ｖｒｅｆ１が供給されるとともに入力端子（ソース端子）に矩形波信号２１Ｓが入力される。第２のスイッチ素子２４２は、制御端子（ゲート端子）に第２の参照電圧Ｖｒｅｆ２が供給されるとともに入力端子（ソース端子）に第１のスイッチ素子２４１の出力端子（ドレイン端子）が接続されている。【０１２７】  図３８では、第１のスイッチ素子２４１としてｐ型のＭＯＳＦＥＴを使用し、第２のスイッチ素子２４２としてｎ型のＭＯＳＦＥＴを使用しており、互いに極性（制御論理）が異なっている。
図３９に示すように、第１の参照電圧Ｖｒｅｆ１は、入力される矩形波信号２１Ｓの中心電位Ｖ３と第１の共通電位Ｖ１（ＬＯＷレベル電位）との間の電位に設定され、第２の参照電圧Ｖｒｅｆ２は、矩形波信号２１Ｓの中心電位Ｖ３と第２の共通電位Ｖ２（ＨＩＧＨレベル電位：Ｖ２＞Ｖ１）との間の電位に設定されている。なお、これら共通電位としては、各種電源電位などの低インピーダンス電位が用いられる。【０１２８】  したがって、矩形波信号２１ＳがＬＯＷレベル（Ｖ１）の時は、第１のスイッチ素子２４１の入力端子（ソース端子）は第１の共通電位Ｖ１なり、第１のスイッチ素子２４１の制御端子（ゲート端子）が第１の参照電圧Ｖｒｅｆ１であることから、第１のスイッチ素子２４１は高インピーダンス状態となり、第１のスイッチ素子２４１の出力端子（ドレイン端子）は、第１の参照電圧Ｖｒｅｆ１に第１のスイッチ素子２４１の閾値電圧Ｖｔｈ１を足した制限電位Ｖｐ１となる。
また、第２のスイッチ素子２４２の制御端子（ゲート端子）は、制限電圧Ｖｐ１より高く第２の共通電位Ｖ２に近い第２の参照電圧Ｖｒｅｆ２であるため、第２のスイッチ素子２４２は低インピーダンス状態となり、第２のスイッチ素子２４２の出力端子（ドレイン端子）から出力される制限信号２６Ｓは、第１のスイッチ素子２４１の出力端子（ドレイン端子）の制限電位Ｖｐ１となる。【０１２９】  一方、矩形波信号２１ＳがＨＩＧＨレベル（Ｖ２）の場合、第１のスイッチ素子２４１の入力端子（ソース端子）は第２の共通電位Ｖ２となり、第１のスイッチ素子２４１の制御端子（ゲート端子）が第１の参照電圧Ｖｒｅｆ１であることから、第１のスイッチ素子２４１は低インピーダンス状態となり、第１のスイッチ素子２４１の出力端子（ドレイン端子）は第２の共通電位Ｖ２となる。
これにより、第２のスイッチ素子２４２の入力端子（ソース端子）が第２の共通電位Ｖ２となり、第２のスイッチ素子２４２の制御端子（ゲート端子）が第２の参照電圧Ｖｒｅｆ２であるため、第２のスイッチ素子２４２は高インピーダンス状態となり、第２のスイッチ素子２４２の出力端子（ドレイン端子）は、第２の参照電圧Ｖｒｅｆ２から第２のスイッチ素子２４２の閾値電圧Ｖｔｈ２を引いた制限電位Ｖｐ２となる。
したがって、入力された矩形波信号２１Ｓは、その振幅が制限電位Ｖｐ１と制限電位Ｖｐ２との間に制限され、制限信号２６Ｓとして出力される。【０１３０】  ここで、矩形波信号２１ＳがＬＯＷレベル（Ｖ１）からＨＩＧＨレベル（Ｖ２）に遷移する際、第１のスイッチ素子２４１は比較的短い時間で高インピーダンス状態から低インピーダンス状態に変化する。一方、第２のスイッチ素子２４２は、その制御端子（ゲート端子）が入力端子（ソース端子）の第２の共通電位Ｖ２よりも低い第２の参照電圧Ｖｒｅｆ２であることから、スイッチ素子の駆動力が低下し、低インピーダンス状態から高インピーダンス状態に変化するのに時間を要する。
逆に、矩形波信号２１ＳがＨＩＧＨレベル（Ｖ２）からＬＯＷレベル（Ｖ１）に遷移する際、第１のスイッチ素子２４１は、その制御端子（ゲート端子）が入力端子（ソース端子）の第１の共通電位Ｖ１よりも高い第１の参照電圧Ｖｒｅｆ１であることから、スイッチ素子の駆動力が低下し、低インピーダンス状態から高インピーダンス状態に変化するのに時間を要する。
したがって、制限信号２６Ｓの電位は、矩形波信号２１Ｓの遷移時に徐々に変化することになり、結果として高周波成分がカットされ、矩形波信号２１Ｓの波形がなまった制限信号２６Ｓが得られる。【０１３１】  このように、極性の異なる２つのスイッチ素子を直列に接続するとともに、それぞれの制御端子に第１および第２の参照電圧を個別に供給し、矩形波信号２１Ｓに応じて交互に逆のタイミングでスイッチング動作させるようにしたので、矩形波信号２１Ｓの振幅を制限する機能と、矩形波信号２１Ｓから所望の低周波成分を抽出する機能の両方を実現でき、前述した図３１の回路構成と比較して、波形整形回路の回路構成をさらに簡素化でき、回路のレイアウト面積を削減できる。【０１３２】［第１７の実施の形態］
次に、図４０を参照して、本発明の第１７の実施の形態にかかる生体認識装置について説明する。図４０は本発明の第１７の実施の形態にかかる生体認識装置の構成を示すブロック図であり、図２８と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
この生体認識装置は、前述した第１２の実施の形態にかかる生体認識装置と比較して、供給信号生成部２で生成する供給信号２Ｓの周波数を指示する周波数制御部６が設けられている。なお、このほかの構成については前述と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。【０１３３】  周波数制御部６は、ＣＰＵや論理回路からなり、所定のタイミングで周波数制御信号６Ｓを出力する。供給信号生成部２では、周波数制御信号６Ｓで指定された周波数の供給信号２Ｓを生成して出力する。
これにより、生体認識部５では、異なる周波数の供給信号２Ｓごとに得られた認識指標値を用いて、被検体１０が生体であるか否かを判定する。そして、各認識指標値がすべて基準範囲内であった場合には、被検体１０が正当な生体であることを示す認識結果５Ｓが出力され、いずれかの認識指標値が基準範囲外であった場合には、被検体１０が正当な生体ではないことを示す認識結果５Ｓが出力される。【０１３４】  このように、異なる周波数の供給信号２Ｓから得られた複数の認識指標値を用いて、被検体１０に対する生体認識を行うようにしたので、各周波数においてインピーダンスを擬似することが難しいことから、被検体１０について異なる測定条件を用いた高精度の認識判定を実現でき、人工指などを用いた不正行為に対して高いセキュリティが得られる。
この際、認識指標値を得る測定条件、ここでは周波数について、離散的に選択した複数の周波数における認識指標値を用いて生体認識を行うようにしたので、幅を持つ周波数領域において連続した周波数特性を検出して判定する必要がなく、認証判定動作に要する時間を短縮できるとともに、簡素な回路構成で十分な判定精度が得られる。【０１３５】  次に、図４１を参照して、波形整形回路２Ｂについて説明する。周波数発生回路２Ａでは、周波数制御信号６Ｓが示す周波数の矩形波信号２０Ｓを出力するため、波形整形回路２Ｂは、周波数制御信号６Ｓにより入力される矩形波信号２０Ｓの周波数が変化しても、供給信号２Ｓの振幅が一定となるように波形整形の処理を行う必要がある。
図４１の波形整形回路２Ｂは、前述した図２９の波形整形回路のローパスフィルタに代えて、可変ローパスフィルタ２７を用いることにより、各周波数に対応している。【０１３６】  図４２に可変ローパスフィルタ２７の構成例を示す。この可変ローパスフィルタ２７は、前述した図３０のローパスフィルタの抵抗素子Ｒを可変抵抗回路ＲＶとし、容量素子Ｃを可変容量回路ＣＶとし、周波数制御信号６Ｓに応じて可変素子制御回路２５０から選択信号６０Ｓを出力することにより、これら可変抵抗回路ＲＶと可変容量回路ＣＶを制御するようにしたものである。
これにより、周波数の異なる矩形波信号２０Ｓに応じた時定数のローパスフィルタを適用でき、入力される矩形波信号２０Ｓの周波数が変化しても、振幅が一定の低周波信号２７Ｓが得られ、結果として供給信号２Ｓの振幅を一定に保持して出力できる。【０１３７】  図４３に可変容量回路ＣＶの構成例を示す。この可変容量回路ＣＶは、直列接続された容量素子とスイッチとの組からなる容量回路２６１を複数設け、選択信号６０Ｓに基づきこれら容量回路２６１のいずれか１つ以上を選択回路２６０で選択するようにしたものである。
なお、可変抵抗回路ＲＶについては、上記可変容量回路ＣＶの容量素子を抵抗素子に換えることにより実現できる。また、この回路例は可変抵抗回路ＲＶと可変容量回路ＣＶで構成されているが、回路に潜在する容量や抵抗を利用してどちらか一方のみを用いる構成でもよい。【０１３８】  図４４Ａ−図４４Ｃに、波形整形回路２Ｂの動作示す信号波形図を示す。ここでは、理解を容易とするため可変抵抗回路ＲＶの抵抗値は一定とする。
図４４Ａは、矩形波信号２０Ｓが第１の周波数ｆ１であり、可変容量回路ＣＶの容量値がＣ１の場合を示している。この際に得られる供給信号２Ｓの振幅をＡとする。
図４４Ｂは、図４４Ａの状態から矩形波信号２０Ｓを第２の周波数ｆ２（ｆ２＞ｆ１）とした場合を示しいる。この際、第２の周波数ｆ２は第１の周波数ｆ１に比べて周波数が高いことから、可変容量回路ＣＶの容量値をＣ１のままとした場合、そのローパスフィルタの時定数は変更されず、高い周波数ほど減衰が大きくなり、得られる供給信号２Ｓの振幅はＡより小さいＢとなる。【０１３９】  したがって、周波数の変化に応じて供給信号２Ｓも変化した場合、被検体１０の周波数依存性を生体認識部５で正確に検出できない。
ここで、周波数ｆ２に対応して可変容量回路ＣＶの容量値をＣ２（Ｃ２＜Ｃ１）に変更した場合、ローパスフィルタの時定数が変更されて、図４４Ｃのように、周波数ｆ１の際と同じ振幅Ａを持つ供給信号２Ｓが得られる。【０１４０】  このように、波形整形回路２Ｂに可変ローパスフィルタ２７を設け、矩形波信号２０Ｓの周波数を指示する周波数制御信号６Ｓに応じて、ローパスフィルタの時定数を調整するようにしたので、矩形波信号２０Ｓの周波数を変更した場合でも、所望の振幅を有する供給信号２Ｓを生成できる。これにより、被検体１０の周波数依存性を生体認識部５で正確に検出でき、被検体１０について異なる測定条件を用いた高精度の認識判定が実現可能となり、人工指などを用いた不正行為に対して高いセキュリティが得られる。【０１４１】  なお、以上では、回路の動作電位として、抽象化された第１の共通電位Ｖ１および第２の共通電位Ｖ２を用いた場合を例として説明したが、これら共通電位としてはＶ２＞Ｖ１であればよく、任意の電位を用いることができる。具体的には、第１の共通電位Ｖ１として接地電位を用い、第２の共通電位Ｖ２として接地電位より高い電圧の電源電位を用いればよい。
【図１】
2005016146.tif 000003
【図２】
2005016146.tif 000004
2005016146.tif 000005
【図４】
2005016146.tif 000006
2005016146.tif 000007
【図６】
2005016146.tif 000008
【図７】
2005016146.tif 000009
2005016146.tif 000010
【図９】
2005016146.tif 000011
2005016146.tif 000012
【図１１】
2005016146.tif 000013
2005016146.tif 000014
【図１３】
2005016146.tif 000015
2005016146.tif 000016
【図１５】
2005016146.tif 000017
2005016146.tif 000018
2005016146.tif 000019
【図１８】
2005016146.tif 000020
2005016146.tif 000021
2005016146.tif 000022
2005016146.tif 000023
2005016146.tif 000024
【図２３】
2005016146.tif 000025
【図２４】
2005016146.tif 000026
2005016146.tif 000027
2005016146.tif 000028
【図２７】
2005016146.tif 000029
【図２８】
2005016146.tif 000030
【図２９】
2005016146.tif 000031
【図３０】
2005016146.tif 000032
【図３１】
2005016146.tif 000033
【図３２】
2005016146.tif 000034
【図３３】
2005016146.tif 000035
【図３４】
2005016146.tif 000036
【図３５】
2005016146.tif 000037
【図３６】
2005016146.tif 000038
【図３７】
2005016146.tif 000039
【図３８】
2005016146.tif 000040
【図３９】
2005016146.tif 000041
【図４０】
2005016146.tif 000042
【図４１】
2005016146.tif 000043
【図４２】
2005016146.tif 000044
【図４３】
2005016146.tif 000045
2005016146.tif 000046
【図４５】
2005016146.tif 000047
【国際調査報告】
2005016146.tif 000048
2005016146.tif 000049