JP2002112975A

JP2002112975A - 生体検知装置

Info

Publication number: JP2002112975A
Application number: JP2000312223A
Authority: JP
Inventors: Eiji Kasai; 英治笠井
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2000-10-12
Filing date: 2000-10-12
Publication date: 2002-04-16
Anticipated expiration: 2020-10-12
Also published as: JP3692922B2

Abstract

(57)【要約】【課題】生きている指がタッチする場合と、そうでな
い指がタッチされた場合とを区別して検知し得る。【解決手段】指が電極部２の電極２ａ、２ｂに触れる
と、電極部２のインピーダンスが入力側のインピーダン
スに整合が取れるように設定しておく。指が電極２ａ、
２ｂにタッチすると、インピーダンスが変化し、インピ
ーダンス整合が取れ、発振部１からの高周波信号が電極
部２に供給され、電極部２からの反射波が小さくなる。
このため検知部３からの出力も小さく、基準設定電圧よ
りも小さいので、人体判定部４は人体信号を出力する。
一方、指が生きたものである場合、その生体信号の微動
が検知部３より、増幅・フィルタ部６で波形整形され、
波形解析部７で所定の脈動検知信号が出力される。生体
判定部８では、人体信号と所定の脈動検知信号に応じ
て、生きた指のタッチである旨の信号を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、指等生体へのタ
ッチ（接触）を検出する生体検知装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のタッチセンサとしては、光学式セ
ンサ、静電容量式センサ、電気伝導率センサ、圧力セン
サ等が一般的である。また、本願の発明者が既に開発
し、提案している高周波発振型のものがある（特開平１
２−９８０４８号）。この従来の高周波発振型の生体検
出装置は、図１５に示すように構成され、指が電極部２
の電極２ａ、２ｂに触れると、電極部２のインピーダン
スが変化するが、この電極２ａ、２ｂに触れた時のイン
ピーダンスが入力側のインピーダンスに整合が取れるよ
うに設定しておき、発振部１からの高周波信号が電極部
２に供給され、電極２ａ、２ｂに指が触れていない時
は、インピーダンスの整合が取れず、反射波が大である
が、指が触れていると整合が取れているので反射波が小
さい。反射波を検知部３で検知し、判定部４で所定値以
下であると指が接触したと判定する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来のタッチ
センサは、疑似指が比較的容易に製作できるが、これを
使用されると、ほとんどのタッチセンサはこれを区別で
きない。本願の発明者が創出した上記従来の高周波発振
型のものだと疑似指の排除は可能であるが、切断された
指か生体かの判別がつかないという問題があった。

【０００４】通常、切断された指は犯罪行為で得られる
以外、使用されることが少ないとも言えるが、金品を得
ようとするためには手段を選ばない、という気風が零で
はない現在社会ではあり得ないことではない。特にセキ
ュリティが要求される場合、指紋照合装置との併用が実
施されているが、疑似指を排除できるセンサであると、
指を切断して使用する犯罪も想定される。このようにセ
キュリティが要求される場合、ユーザの身体が危険であ
るという問題がある。

【０００５】この発明は上記問題点に着目してなされた
ものであって、本物の生体（例えば、切断された指は含
まず、生きている指等）でないと反応しない生体検知装
置を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の生体検知装置
は、高周波信号を出力する発振部と、この発振部からの
高周波信号を受ける被検体が接触する電極部と、この電
極部のインピーダンス変化に応じた反射信号を出力する
検知部と、この検知部の出力より被検体が人体であるか
を判断する人体判定部と、前記検知部からの信号を波形
整形する増幅及びフィルタ部と、この増幅及びフィルタ
部からの信号を波形解析する波形解析部と、前記人体判
定部からの信号と前記波形解析部からの信号により、生
体であるか否かを判定する生体判定部と、を備えてい
る。

【０００７】この生体検知装置では、電極部の電極に指
等生体が接触すると、電極部のインピーダンスが変化
し、発振部から電極部に加えられる高周波信号の反射波
信号が変化する。そのため、検知部から出力される出力
が変化し、人体判定部で人体の接触であることを判定す
る。また、反射波信号は、増幅、フィルタ部で波形整形
され、波形解析部で波形解析される。波形中に、例えば
脈波信号が含まれていると、これを検出し、上記人体接
触検知と合わせて真の生体（生きている指等）の接触と
判定する。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態により、この発
明をさらに詳細に説明する。図１は、この発明の一実施
形態である生体検知装置の構成を示すブロック図であ
る。この実施形態生体検知装置は、高周波信号を出力す
る発振部１と、この発振部１から高周波信号を受け、か
つ電極２ａ、２ｂ及びトランス２ｃを含む電極部２と、
この電極部２のインピーダンス変化に応じた信号を出力
する検知部３と、この検知部３の信号から人体が接触し
たか否かを判定する人体判定部４と、人体判定部４に判
定のための基準信号を与える基準信号設定部５と、検知
部３の出力信号を波形整形する増幅及びフィルタ部６
と、この増幅及びフィルタ部６の出力を波形解析する波
形解析部７と、前記人体判定部４と前記波形解析部７か
らの出力に応じて接触した人体が生体であるか否かを判
定する生体判定部８とから構成されている。

【０００９】発振部１は、具体回路を図２に示すよう
に、高周波のパルス信号を発振する発振器１ａと、パル
ス信号を正弦波に変換するための２段のローパスフィル
タ１ｂとから構成されている。

【００１０】電極部２には、アイソレーションと実際値
変換のためにトランス２ｃが設けられ、このトランス２
ｃの１次側が検知部３に接続され、２次側に電極２ａ、
２ｂが接続されている。また、電極２ａ、２ｂは、図
３、図４に示すように、青板ガラス２１上に形成され、
ＩＴＯ膜２２にＳｉＯ₂膜２３が層形成されて構成され
る。青板ガラス２１は１．８ｍｍの厚さ、ＩＴＯ膜２２
は１５００Å、ＳｉＯ₂膜２３は１８００Åの厚さとし
ている。電極２ａ、２ｂの接触部は長方形であり、７×
２５ｍｍの大きさに設定している。

【００１１】検知部３は、図５に示すように、発振部１
からの高周波信号が電極部２で反射されて戻る反射波を
検知する回路である。端子Ｐ₁には発振部１の出力端が
接続され、端子Ｐ₂には電極部２の入力端が接続され
る。この端子Ｐ₁、Ｐ₂間にＭ結合回路３ａの１次コイ
ルが接続されており、端子Ｐ₂とアース間にＭ結合回路
３ｂの１次コイルが接続されている。

【００１２】Ｍ結合回路３ａとＭ結合回路３ｂの２次コ
イルが直列に接続されるとともに、Ｍ結合回路３ａの２
次コイルに並列に抵抗Ｒが接続されている。また、Ｍ結
合回路３ｂの２次コイルの出力側にダイオードＤとコン
デンサＣからなる検波回路３ｃが設けられている。他の
反射波の検知部として、コンデンサを使用した回路やマ
イクロストリップラインによる回路を用いてもよい。

【００１３】人体判定部４は、図６に示すように、検知
部からの信号をＯＰアンプ４１で増幅し、比較器４２の
一方の入力端に入力している。比較器４２の他方の入力
端に基準信号設定部５の判定基準電圧が加えられ、比較
器４２で検知電圧と判定基準電圧を比較している。な
お、ＯＰアンプ４１で使用されるダイオード４３は検出
部３で使用した検波用のダイオードと同じタイプのダイ
オードを使用する。検波用のダイオードは、使用温度に
よって出力電圧に差が生じるため、後段の増幅器で補正
している。この補正のためには、同一のダイオードを使
用することが望ましい。

【００１４】増幅・フィルタ部６は、図７に示すよう
に、増幅回路６ａと、ローパスフィルタ６ｂと、ハイパ
スフィルタ６ｃとから構成されている。この増幅・フィ
ルタ部６で検知部３からの信号を波形整形すると、数Ｈ
Ｚ〜十数ＨＺの信号を出力する。接触したものが生体で
あると、図８に示すように、５ＨＺから８ＨＺの周波数
で連続振動している。つまり、生体が接触すると、図８
の如き脈動信号が増幅・フィルタ部６から出力される。

【００１５】波形解析部７は、図９に示すように、Ａ／
Ｄ変換器７１とＣＰＵ７２から構成され、増幅・フィル
タ部６より出力された信号をＡ／Ｄ変換器７ａでデジタ
ル化し、ＣＰＵ７２で５〜８ＨＺの周波数の信号を検知
して、生体であることを判断する。

【００１６】波形解析部７としては、図９の回路に代え
て、図１０に示す回路を用いてもよい。この波形解析部
７は、カウンタ７３と、クロック源７４と、Ｄ／Ａ変換
器７５と、比較器７６、７７と、論理積回路７８とから
構成されている。

【００１７】この波形解析部７では、カウンタ７３で波
形整形部５からのパルス信号をクロック源７４に同期し
て計数する。その計数値をＤ／Ａ変換器７５でアナログ
値に変換して比較器７６、７７に入力する。比較器７６
には、周波数が５ＨＺ以上であることを示す基準電圧が
入力され、また、比較器７７には周波数が８ＨＺ以下で
あることを示す基準電圧が入力されている。そのため、
Ｄ／Ａ変換器７５よりの出力が５〜８ＨＺの周波数に相
当する電圧であると、比較器７６、７７ともハイの信号
を出力し、応じて論理積回路７８はハイの信号を出力す
る。このハイの信号が所定の脈動検知信号である。

【００１８】生体判定部８は、図１１に示すように、人
体判定部４の出力と波形解析部７の出力とを入力に受け
る論理積回路８１からなり、人体判定部４から人体であ
ることを示すハイ信号、波形解析部７から脈動検知であ
ることを示すハイ信号を受けると、真の生体であること
を示す信号を出力する。

【００１９】ここで、図１に示す生体検知装置の全体動
作を説明する。今、発振部１の動作状態で、電極２ａ、
２ｂに生きた人の指が接触すると、人体接触により電極
部２のインピーダンスが変化し、このインピーダンスの
変化に応じて反射波レベルが変化し、検知部３の出力も
変化する。この出力変化で人体判定部４は人体が接触し
たことを示す信号を生体判定部８に入力するとともに、
外部にも出力する。また、接触した指が生きた指である
ところから、電極部２のインピーダンスも生体活動の微
動に応じ、微動が生じ、このインピーダンスの変化に応
じて反射波レベルが変化し、検知部３の出力に微動に応
じた信号が出力される。この信号を増幅・フィルタ部で
波形整形すると、図８に示す５〜８ＨＺのパルス信号が
出力される。この信号を波形解析部７で分析して所定の
脈動検知であることを判断し、脈動信号を外部に出力す
るとともに、脈動検知信号（生体である旨の信号）を生
体判定部８に入力する。生体判定部８は人体判定部４と
波形解析部７からの信号を受けて、生きた人体である旨
の信号を出力する。

【００２０】もし、電極２ａ、２ｂにタッチされたのが
切断された指であると、検知部３から生体活動に応じた
微動信号が出力されず、したがって波形解析部７から生
体である旨の信号を出力せず、生体判定部８は生きた人
体である旨の信号を出力しない。

【００２１】図１２は、この発明の他の実施形態生体検
知装置の構成を示すブロック図である。この実施形態生
体検知装置は、発振部１と、電極部２と、検知部３と、
信号判定部４と、基準信号設定部５と、増幅及びフィル
タ部６と、脈拍演算部７と、生体判定部８とを備えてい
る。脈拍演算部９以外の回路部は、図１の実施形態装置
と同機能の回路を備えている。

【００２２】脈拍演算部９は、図１３に示すように、比
較器９１と、カウンタ９２と、クロック源９３と、Ｄ／
Ａ変換器９４と、比較器９５、９６と論理積回路９７と
を備えている。

【００２３】増幅・フィルタ部６よりの出力された信号
は、生体がタッチした場合に、図１３に示す脈拍信号で
ある。この脈拍信号が脈拍演算部９の比較器９１に入力
され、基準電圧Ｖｓと比較され、比較器９１より脈拍数
に応じたパルス信号が出力される。このパルス信号は、
カウンタ９２でクロック源９３のクロックに応じて計数
される。このカウント値は、脈拍数として出力されると
ともに、Ｄ／Ａ変換器９４に入力される。この計数値が
Ｄ／Ａ変換器９４でアナログ値に変換され、比較器９
５、９６に入力される。Ｄ／Ａ変換器９４の出力が脈拍
数下限に相当する基準電圧と脈拍数上限に相当する基準
電圧との間にあれば、比較器９５、９６よりハイの出力
を出す。この比較器９５、９６のハイ出力を受けて論理
積回路９７もハイ、つまり生体である旨の信号を出力す
る。

【００２４】したがって、図１２の実施形態装置では、
電極２ａ、２ｂに生きた指がタッチした場合に、人体判
定部４と脈拍演算部９より、いずれも人体である旨の信
号と生体である旨の信号を出力するので、生体判定部８
はタッチしたのが生きた指である旨の信号を出力する。
もし、タッチしたのが切断された指であると、増幅及び
フィルタ部６が脈拍信号を出力しないので、脈波演算部
でも脈拍である旨の信号を出力せず、生体判定部８はタ
ッチしたのが生きた指である旨の出力をしない。

【００２５】

【発明の効果】この発明によれば、従来の高周波センサ
に脈波検出用の増幅及びフィルタ部を設けるとともに、
脈波信号の解析部を設け、人体判定と生体判定とによ
り、生きた人体の接触を検知し得るようにしたので、
（１）本物の生体（生きている指等）でないと反応しな
いので、生きている人体のみを検知できる。（２）指等
の偽造による使用が困難となる。（３）セキュリティが
高い。（４）調整は不要。（５）温度特性が安定してい
る。（６）電磁界イミュニティに強い。という効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態である生体検知装置の構
成を示すブロック図である。

【図２】同実施形態生体検知装置の発振部の具体回路を
示す回路図である。

【図３】同実施形態生体検知装置の電極部の電極の構造
を示す平面図である。

【図４】同実施形態生体検知装置の電極部の電極の構造
を示す平面図である。

【図５】同実施形態生体検知装置の検知部の具体回路を
示す回路図である。

【図６】同実施形態生体検知装置の人体判定部及び基準
信号設定部の具体回路を示す回路図である。

【図７】同実施形態生体検知装置の増幅及びフィルタ部
の具体回路を示す回路図である。

【図８】同増幅及びフィルタ部から出力される信号波形
の一例を示す図である。

【図９】上記実施形態生体検知装置の波形解析部の具体
回路を示すブロック図である。

【図１０】図９の回路に代えて使用可能な上記実施形態
生体検知装置の波形解析部の具体回路を示すブロック図
である。

【図１１】上記実施形態生体検知装置の生体判定部の具
体回路を示す回路ブロック図である。

【図１２】この発明の他の実施形態生体検知装置の構成
を示すブロック図である。

【図１３】同実施形態生体検知装置の脈拍演算部の具体
回路を示す回路ブロック図である。

【図１４】同脈拍演算部に入力される信号波形の一例を
示す図である。

【図１５】従来の生体検知装置を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１発振部２電極部２ａ、２ｂ電極３検知部４人体判定部５基準信号設定部６増幅・フィルタ部７波形解析部８生体判定部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4C017 AA02 AA10 AB03 AC16 BC07 BC16 BD06 CC01 FF05 4C027 AA06 DD05 FF02 GG06 GG11 GG15 KK03 5J050 AA05 BB23 EE18 EE29 EE34 EE35 EE38 EE39 EE40 FF29

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高周波信号を出力する発振部と、この発振
部からの高周波信号を受ける被検体が接触する電極部
と、この電極部のインピーダンス変化に応じた反射信号
を出力する検知部と、この検知部の出力より被検体が人
体であるかを判断する人体判定部と、前記検知部からの
信号を波形整形する増幅及びフィルタ部と、この増幅及
びフィルタ部からの信号を波形解析する波形解析部と、
前記人体判定部からの信号と前記波形解析部からの信号
により、生体であるか否かを判定する生体判定部と、を
備えたことを特徴とする生体検知装置。
【請求項２】前記検知部は、前記被検体が接触する一対
の電極からの反射波信号により、被検体の組成と脈波の
異なる情報を同時に取り出すことを特徴とする請求項１
記載の生体検知装置。
【請求項３】前記波形解析部は、生体の脈動振動周波数
を検知するものであることを特徴とする請求項１又は請
求項２記載の生体検知装置。
【請求項４】前記波形解析部は、脈拍数をカウントする
ものであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載
の生体検知装置。