JP2008099783A - インピーダンス検出装置、インピーダンス検出方法、生体認識装置、および指紋認証装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被検体のインピーダンスを精度よく検出するとともに、被検体に帯電した静電気の放電による故障を抑制する。
【解決手段】検出部１を、検出面８に接触した被検体９を応答信号生成部へ電気的に接続する複数の検出素子１Ｂが帯状に配置された検出領域８Ｂと、検出面８に接触した被検体９を所定の固定電位へ電気的に接続する複数の検出素子１Ａが検出領域８Ｂを取り囲むように配置された固定電位領域８Ａと、検出領域８Ｂと固定電位領域８Ａの間に設けられ、検出領域８Ｂと固定電位領域８Ａを電気的に分離する分離領域８Ｃとから構成する。
【選択図】 図１

Description

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。

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。

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１９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、検出部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。

検出部１は、被検体９と電気的に接触し、被検体９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９が生体の場合、被検体９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、被検体９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。

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と検出部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として検出部１に印加し、抵抗素子Ｒｓの一端すなわち抵抗素子Ｒｓと検出部１との接続点から、検出部１のインピーダンスＺｆ、ここでは被検体９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。

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９が生体か否かを認識判定し、その認識結果５Ｓを出力する。

生体認識装置の動作は以下のようになる。
まず、被検体９が検出部１に接触した場合、供給信号生成部２からの供給信号２Ｓに基づいて検出部１に印加されている印加信号１Ｓが、被検体９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、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９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。

次に、図２０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技術として、位相差を検出する具体的な方法を説明する。図２０は、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り、前述の図１９と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。

図２０において、検出部１には、被検体９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、オフセット補正回路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。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。

検出部１において、検出電極１１は接地電位などの固定電位に接続され、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。

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と検出部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、供給信号２Ｓを印加信号１Ｓとして被検体９に印加し、その際に検出部１を介して被検体９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。

波形情報検出部４Ａのオフセット補正回路４１は、被検体９の抵抗成分に応じて応答信号に生じるオフセットすなわち応答信号３Ｓの中心電圧と基準電位との電位差を補正し、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９に固有のインピーダンス特性、ここではリアクタンス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。

図２０のインピーダンス検出装置の動作は以下のようになる。
まず、被検体９が、検出部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９に固有のインピーダンスは、検出部１の検出電極１１と検出電極１２との間に接続されたリアクタンス成分（主に容量成分）と抵抗成分で示すことができる。したがって、電流−電圧変換回路３１から所定の出力インピーダンスで印加された印加信号１Ｓは、電流−電圧変換回路３１の出力インピーダンスと被検体９に固有のインピーダンスとで分圧される。そして、被検体９に流れる電流が、各被検体９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。

図２１は、図２０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が生成され印加信号１Ｓとして被検体９に印加される。応答信号３Ｓは、被検体９の抵抗成分によるオフセットを含む信号となる。例えば、抵抗成分が所定値より大きい場合は基準電位ＶＢより高いＶＢ２が中心電圧となり、抵抗成分が上記所定値より小さい場合は基準電位ＶＢより低いＶＢ１が中心電圧となる。この際、オフセット補正回路４１は、応答信号３Ｓの中心電圧が位相比較回路４３で用いる基準電位ＶＢと一致するようにレベルシフトし、オフセットが補正された被比較信号４１Ｓを出力する。位相比較回路４３は、被比較信号４１Ｓと基準信号４２Ｓの位相差に対応したパルス幅を有する波形を検出信号４ＡＳとして出力する。このパルス幅は、位相差としての波形情報を含んでいる。

次に、図２２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２２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１９と同じまたは同等部分には同一名を付してある。
なお、図２２の検出部１、供給信号生成部２、および応答信号生成部３の構成は前述した図１９と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。

波形情報検出部４Ｂ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４Ｂは、ピーク電圧検出回路４４、中心電圧検出回路４５、および電圧比較回路４６から構成されている。ピーク電圧検出回路４４は、応答信号３Ｓからそのピーク電圧値４４Ｓを検出する。中心電圧検出回路４５は応答信号３Ｓからその中心電圧値４５Ｓを検出する。電圧比較回路４６は、ピーク電圧値４４Ｓと中心電圧値４５Ｓ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。

図２３は、図２２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９に印加される。応答信号３Ｓは、被検体９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４４Ｓと中心電圧値４５Ｓ（ＶＢ）とを検出し、これらを電圧比較回路４６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４ＢＳ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４４Ｓ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。

また、従来、被検体が生体であることを検知する機能を指紋センサ装置に付加して構成した表面形状認識センサ装置が提案されている（例えば、特許文献１など参照）。
図２４は、表面形状認識センサ装置の外観図である。この表面形状認識センサ装置は、例えば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。

図２４に示すように、表面形状認識センサ装置１５０は、ＬＳＩチップの上の検出面８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を配置した検出部１を有している。
この表面形状認識センサ装置１５０の検出面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検出部１の各検出素子を介して個別に検出され、被検体の表面形状を示す表面形状データが出力される。

図２５は、表面形状認識センサ装置の構成を示すブロック図である。この表面形状認識センサ装置１５０には、検出部１、表面形状検出部６、および生体認識部７が設けられており、検出部１には、検出素子１Ａ、１Ｂ、１Ｃが設けられている。
検出素子１Ａは、絶縁膜を介して被検体９との間に静電容量を形成する検出電極１１Ａと、被検体９と電気的に接触する検出電極１２Ａとを有している。このうち、検出電極１１Ａは表面形状検出部６に接続され、検出電極１２Ａは接地電位などの固定電位に接続されている。この固定電位は、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。

検出素子１Ｂは、絶縁膜を介して被検体９との間に静電容量を形成する検出電極１１Ｂと、被検体９と電気的に接触する検出電極１２Ｂとを有している。このうち、検出電極１１Ｂは表面形状検出部６に接続され、検出電極１２Ｂは生体認識部７に接続されている。
検出電極１Ｃは絶縁膜を介して被検体９との間に静電容量を形成する検出電極１１Ｃと、被検体９と電気的に接触する検出電極１２Ｃとを有している。このうち、検出電極１１Ｃは表面形状検出部６に接続され、検出電極１２Ｃは固定電位に接続されている。

表面形状検出部６は、各検出素子１Ａ、１Ｂ、１Ｃの検出電極１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃと被検体９との間に生じた静電容量に基づき、被検体９の表面の凹凸形状を示す表面形状データ６Ｓを出力する回路部である。
生体認識部７は、検出素子１Ｂの検出電極１２Ｂと検出素子１Ａの検出電極１２Ａとの間に接続された被検体９のインピーダンスに基づき、被検体９が生体であるか否かを判定し認識結果７Ｓを出力する回路部である。

次に、従来の表面形状認識センサ装置の動作について説明する。この表面形状認識センサ装置１５０の動作としては、表面形状検出部６による被検体９の表面形状を検出する表面形状検出動作と、生体認識部７による被検体９の生体認識を行う生体認識動作があり、上位装置（図示せず）からの制御に応じて、これら動作のいずれかが選択的に実行される。

まず、表面形状検出動作では、表面形状検出部６により、検出素子１Ａの検出電極１１Ａと被検体９との間に形成された静電容量の大きさに基づき、表面形状検出部６で被検体９の検出素子１Ａの位置での表面形状を示す信号が生成され、表面形状データ６Ｓとして出力される。また検出素子１Ｂ、１Ｃについても、その検出電極１１Ｂ、１１Ｃと被検体９との間に形成された静電容量の大きさに基づき、表面形状検出部６で被検体の表面の凹凸形状を示す表面形状データ６Ｓとして出力される。このとき、検出素子１Ａの検出電極１２Ａを介して被検体９が固定電位に接続されていることから、これら検出電極１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃで形成される静電容量が安定し、ノイズの少ない表面形状データ６Ｓが得られる。

一方、生体認識動作では、検出素子１Ａの検出電極１２Ａを介して被検体９が固定電位に接続されていることから、検出素子１Ｂの検出電極１２Ｂから被検体９を介して検出素子１Ａの検出電極１２Ａすなわち固定電位への電流経路が形成されることになる。生体認識部７では、この電流経路内に存在する被検体９に固有のインピーダンスの値が、正当な生体のインピーダンスを示す基準範囲内となるか否かに基づき被検体９が生体であるか否かを判定する。このとき、生体認識部７では、被検体９のインピーダンスに応じて変化する信号を用いて生体認識を行っているが、検出素子１Ａの検出電極１２Ａを介して被検体９が固定電位に接続されていることから、被検体９への誘導による電位変動が抑止されて安定した信号が得られ、正確な生体認証が実現される。

このように、検出電極１１Ａが表面形状検出部６に接続され、検出電極１２Ａが固定電位に接続された検出素子１Ａと、検出電極１１Ｂが表面形状検出部６に接続され、検出電極１２Ｂが生体認識部７に接続された検出素子１Ｂと、検出電極１１Ｃが表面形状検出部６に接続され、検出電極１２Ｃが固定電位に接続された検出素子１Ｃを、検出面８に配置し、表面形状検出部６では、これら検出素子１Ａ、１Ｂ、１Ｃから得られた個々の容量に基づき、これら検出素子１Ａ、１Ｂ、１Ｃと接触する位置に対応する表面形状の凹凸を示す信号をそれぞれ出力し、生体認識部７では、検出素子１Ｂの検出電極１２Ｂと検出素子１Ａの検出電極１２Ａとの間に接続された被検体９のインピーダンスに応じた信号に基づき被検体９が生体であるか否かを判定するようにしている。

したがって、検出素子１Ａの検出電極１２Ａを介して被検体９が固定電位に接続され、被検体９に誘導される電位変動を抑制して正確な生体認識を行うことができるとともに、ノイズの少ない表面形状データが得られる。
また、表面形状検出動作と生体認識動作とで各検出素子を共用しているため、表面形状を検出するための検出素子とは別に生体認識用の検出素子を配置する必要がなくなり、レイアウト面積が増加せずチップあたりの製造コストの増加も回避できる。したがって、装置を大型化することなく被検体の検出に加えて生体認識も行うことができ、装置のチップ化を容易に実現できる。

次に、図２６および図２７を参照して、従来の表面形状認識センサ装置で用いられる検出素子の構成について説明する。図２６は、従来の表面形状認識センサ装置で用いられる検出部の構成を示す正面図である。図２７は、従来の表面形状認識センサ装置で用いられる検出部の構成を示す図２６のＡＡ断面図である。

検出素子１Ａは、表面形状認識センサ装置１５０の検出面８上に格子状に配列された検出電極１１Ａと、この検出電極１１Ａの周囲を囲むよう離間した位置に壁状に形成された検出電極１２Ａとから構成されている。同様に、検出素子１Ｂは、格子状に配列された検出電極１１Ｂと、この検出電極１１Ｂの周囲を囲むよう離間した位置に壁状に形成された検出電極１２Ｂとから構成されている。また検出素子１Ｃは、格子状に配列された検出電極１１Ｃと、この検出電極１１Ｃの周囲を囲むよう離間した位置に壁状に形成された検出電極１２Ｃとから構成されている。

検出電極１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃは金属膜からなり、被検体９と近接する上側が絶縁膜１４で覆われ、被検体９を対向検出電極として容量素子を形成する。この際、被検体の表面形状の凹凸によりこれら被検体と検出電極との間の距離が変化することから、その表面形状の凹凸に応じた静電容量が形成される。
一方、検出電極１２Ａ、１２Ｂは、上側が露出して被検体９と電気的に接触する。これにより、検出電極１２Ａに接続されている固定電位が被検体９に印加されるとともに、検出電極１２Ｂを介して被検体９のインピーダンスが生体認識部７へ接続されることになる。検出電極１２Ｃは上側に絶縁膜１４が形成されているとともに、固定電位に接続されている。この際、隣接する検出素子１Ａ間、検出素子１Ｂ間、および検出素子１Ｃ間で、それぞれ検出電極１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを互いに共有している。

したがって、検出素子１Ｃと検出素子１Ａ、１Ｂとが隣接する境界には、検出電極１２Ａ、１２Ｃの間、および１２Ｂ、１２Ｃの間に切欠き部１３を設けて、両者を電気的に絶縁している。
図２８は、表面形状認識センサ装置のセンサ面構成を示す説明図である。図２９は、図２８の要部拡大図である。検出素子１Ｂを複数隣接配置した正方形の検出領域８Ｂを、検出面８のほぼ中央に島状に配置し、検出素子１Ｃを複数隣接配置した分離領域８Ｃを、検出領域８Ｂの外周部を全周にわたって囲うように枠状に配置し、さらに検出素子１Ａを複数隣接配置した固定電位領域８Ａを、分離領域８Ｃの外周部を全周にわたって囲うように配置している。

国際公開０５／０１６１４６号パンフレット 国際公開０５／０１９７６７号パンフレット

このような従来技術では、前述した図２７のように、固定電位領域８Ａの検出電極１２Ａと検出領域８Ｂの検出電極１２Ｂが被検体９と接触して被検体９と電気的に接続することにより、被検体９のインピーダンスを検出している。この際、被検体９の表面の形状や状態、あるいは検出電極との位置関係に起因して接触具合のばらつきが発生するため、被検体９のインピーダンスを精度よく安定して検出するには、検出電極１２Ａと検出電極１２Ｂが被検体９を介して多くのポイントで接続される必要がある。したがって、検出領域８Ｂの周囲長としてある程の長さが必要となる。

一方、被検体９には静電気が帯電している場合があり、このような場合には、被検体９が検出面８に近接した際、露出した検出電極を持つ固定電位領域８Ａや分離領域８Ｃへ放電する可能性が高い。ここで、帯電している静電気が固定電位領域８Ａの検出電極１２Ａへ放電した場合、検出電極１２Ａには低インピーダンスの固定電位が接続されているため回路の破壊はほとんど発生しない。しかしながら、静電気が検出領域８Ｂの検出電極１２Ｂへ放電した場合、生体認識部７側には各種信号処理回路が接続されており、ある程度のインピーダンスを有しているため、これら回路が破壊されてしまう。
この際、静電気が検出領域８Ｂへ放電する確率は、検出領域８Ｂの面積に応じてその放電確率は高くなる。したがって、検出領域８Ｂの面積は小さいほうが望ましい。

しかしながら、前述した生体認識動作のように被検体９のインピーダンスを検出する際、前述した図２８のような正方形の検出領域８Ｂを用いた場合、検出領域８Ｂの周囲長として十分な長さを得るには検出領域８Ｂとして比較的大きな面積が必要となり、被検体９がセンサ表面に接近した際に被検体９に帯電した静電気が検出領域８Ｂへ放電されやすく、検出領域８Ｂに接続された生体認識部７の回路が静電気により破壊されてしまうという問題があった。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、被検体のインピーダンスを精度よく検出できるとともに、被検体に帯電した静電気の放電による故障を抑制できるインピーダンス検出装置、インピーダンス検出方法、生体認識装置、および指紋認証装置を提供することを目的としている。

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面に配置された複数の検出素子からなる検出部と、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、少なくとも応答信号の位相または振幅のいずれか一方を波形情報として検出し、この波形情報に基づいて被検体のインピーダンスを示す検出信号を出力する波形情報検出部とを備えるインピーダンス検出装置であって、検出部は、検出面に接触した被検体を応答信号生成部へ電気的に接続する複数の検出素子が帯状に配置された検出領域と、検出面に接触した被検体を所定の固定電位へ電気的に接続する複数の検出素子が検出領域を取り囲むように配置された固定電位領域と、検出領域と固定電位領域の間に設けられ、検出領域と固定電位領域を電気的に分離する分離領域とから構成されている。

この際、検出領域を、検出素子が配置された複数の帯状領域が当該帯状領域の端部で接合された形状をなすように形成してもよい。
あるいは、検出領域を、検出素子が配置された帯状領域が分岐点で複数に分岐した形状をなすように形成してもよい。
あるいは、検出領域を、検出素子が配置された帯状領域が屈曲点で折れ曲がった形状をなすようにしてもよい。

また、検出領域を、全体として十字状をなすように形成してもよく、あるいは全体として環状をなすように形成してもよい。
あるいは、検出領域を、当該検出領域の角部が湾曲形状をなすように形成してもよい。
あるいは、検出領域を、互いに直交する検出面上の２つの軸に対して対称をなすように形成してもよい。

また、検出領域を、指紋の平均的な最小谷線幅Ｗ₁、指紋の平均的な最大谷線幅Ｗ₂、および指紋の平均的な最大隆線幅Ｗ₃を基準として、その長手方向にＷ₁より大きくＷ₂×２＋Ｗ₃以下の長さを有するように形成してもよい。
また、検出領域を、被検体と電気的に接触する各検出素子の検出電極がそれぞれ環形状をなし、これら検出電極がアレイ状に配置された構成を有するように形成してもよい。

また、本発明にかかるインピーダンス検出方法は、検出面に配置された複数の検出素子からなる検出部を介して電気的に接触した被検体に対し、応答信号生成部により、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、少なくとも応答信号の位相または振幅のいずれか一方を波形情報として検出し、この波形情報に基づいて被検体のインピーダンスを示す検出信号を出力する波形情報検出ステップとを備え、検出部は、複数の検出素子が帯状に配置された検出領域により、検出面に接触した被検体を応答信号生成部へ電気的に接続し、複数の検出素子が検出領域を取り囲むように配置された固定電位領域により、検出面に接触した被検体を所定の固定電位へ電気的に接続し、検出領域と固定電位領域の間に設けられた分離領域により、検出領域と固定電位領域を電気的に分離するようにしてもよい。

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。

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ている。

本発明によれば、検出部が、検出面に接触した被検体を応答信号生成部へ電気的に接続する複数の検出素子が帯状に配置された検出領域と、検出面に接触した被検体を所定の固定電位へ電気的に接続する複数の検出素子が検出領域を取り囲むように配置された固定電位領域と、検出領域と固定電位領域の間に設けられ、検出領域と固定電位領域を電気的に分離する分離領域とから構成されているため、検出領域の周囲長を維持しつつ、その面積を削減することができる。

したがって、検出領域の周囲長を短縮することなく、被検体に帯電した静電気が検出領域へ放電する確率を低減でき、被検体のインピーダンスを精度よく検出できるとともに、被検体に帯電した静電気の放電による故障を抑制できる。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、被検体に対する生体認識精度とその信頼性を高めることができる。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と信頼性能を高めることができ効果大である。

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る。図２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検出部を示す正面図である。

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、検出部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。

本実施の形態は、検出部１を、検出面８に接触した被検体９を応答信号生成部へ電気的に接続する複数の検出素子１Ｂが帯状に配置された検出領域８Ｂと、検出面８に接触した被検体９を所定の固定電位へ電気的に接続する複数の検出素子１Ａが検出領域８Ｂを取り囲むように配置された固定電位領域８Ａと、検出領域８Ｂと固定電位領域８Ａの間に設けられ、検出領域８Ｂと固定電位領域８Ａを電気的に分離する分離領域８Ｃとから構成したものである。

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。
検出部１は、指などの生体からなる被検体９と電気的に接触する検出面８に配置された複数の検出素子を介して被検体９と電気的に接触し、被検体９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へ接続する機能を有している。

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に出力する機能を有している。
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１Ｂの出力インピーダンスすなわち被検体９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。

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、被検体９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との位相差または振幅を検出する機能と、これら位相差または振幅からなる波形情報に基づいて被検体９のインピーダンスを示す検出信号４Ｓを出力する機能とを有している。
これら供給信号生成部２、応答信号生成部３、波形情報検出部４に関する具体的構成については、応答信号３Ｓから検出する波形情報の種別すなわち位相差や振幅に応じて、前述した図２０や図２２などの公知の回路構成を用いればよく、ここでの詳細な説明は省略する。

次に、図１および図２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検出部について詳細に説明する。
検出部１の検出面８には、図２に示すように、固定電位領域８Ａ、検出領域８Ｂ、および分離領域８Ｃが設けられている。
固定電位領域８Ａには、検出面８に接触した被検体９を所定の固定電位へ電気的に接続する複数の検出素子１Ａが検出領域８Ｂを取り囲むように配置されている。この検出素子１Ａは、接地電位や電源電位など低インピーダンスの固定電位へ接続された検出電極１２Ａを有し、この検出電極１２Ａを介して被検体９を固定電位へ電気的に接続する機能を有している。

検出領域８Ｂには、検出面８に接触した被検体９を応答信号生成部へ電気的に接続する複数の検出素子１Ｂが帯状に配置されている。この検出素子１Ｂは、応答信号生成部３へ接続された検出電極１２Ｂを有し、この検出電極１２Ｂを介して被検体９を応答信号生成部３へ電気的に接続する機能を有している。
分離領域８Ｃは、検出領域８Ｂと固定電位領域８Ａの間に帯状に設けられ、検出領域８Ｂと固定電位領域８Ａを電気的に分離する機能を有している。

検出面８に載置された被検体９は、分離領域８Ｃを跨いで固定電位領域８Ａの検出素子１Ａと検出領域８Ｂの検出素子１Ｂに接触し、検出電極１２Ａおよび検出電極１２Ｂを介して固定電位と応答信号生成部３にそれぞれ電気的に接続される。これにより、被検体９のインピーダンスＺｆのリアクタンス成分および抵抗成分が応答信号生成部３と固定電位との間に接続されることになる。

この際、被検体９の表面の形状や状態、あるいは検出電極との位置関係に起因して接触具合のばらつきが発生するため、被検体９のインピーダンスを精度よく安定して検出するには、検出電極１２Ａと検出電極１２Ｂが被検体９を介して多くのポイントで接続される必要がある。したがって、検出領域８Ｂの周囲長としてある程の長さが必要となる。
例えば、検出領域８Ｂの周囲長をＬＢとし、分離領域８Ｃの幅をＷ_Cとし、被検体９の単位面積当たりのインピーダンスをＺｆ₀とした場合、検出領域８Ｂと固定電位領域８Ａとの間に発生するインピーダンスＺｆは、Ｚｆ≒Ｚｆ₀×（ＬＢ／Ｗ_C）で表すことができる。

一方、被検体９に静電気が帯電している場合には、被検体９が検出面８に近接した際、露出した検出電極を持つ固定電位領域８Ａや分離領域８Ｃへ放電する可能性が高い。ここで、帯電している静電気が固定電位領域８Ａの検出電極１２Ａへ放電した場合、検出電極１２Ａには低インピーダンスの固定電位が接続されているため回路の破壊はほとんど発生しない。しかしながら、静電気が検出領域８Ｂの検出電極１２Ｂへ放電した場合、生体認識部７側には各種信号処理回路が接続されており、ある程度のインピーダンスを有しているため、これら回路が破壊されてしまう。

この際、静電気が検出領域８Ｂへ放電する確率は、検出領域８Ｂの面積に応じてその放電確率は高くなる。したがって、検出領域８Ｂの面積は小さいほうが望ましい。
本実施の形態では、検出領域８Ｂの各検出素子１Ｂを帯状に配置したので、検出領域８Ｂの周囲長を一定とした場合、前述した図２８，２９のような従来の正方形の検出領域８Ｂと比較して、その面積を削減することができる。

図３は、検出領域の形状と周囲長との比較を示す説明図である。本実施の形態の検出領域８Ｂのような帯形状（矩形状）の場合、その長さをＬとし、幅をＷとした場合、帯形状の周囲長は（Ｌ＋Ｗ）×２となり、その面積はＬ×Ｗとなる。一方、同一周囲長で正方形を形成した場合、一辺の長さが（Ｌ＋Ｗ）／２となり、正方形の面積は（Ｌ＋Ｗ）²／４となる。したがって、Ｌ＞Ｗの場合には、正方形に比較して帯形状の面積の方が必ず小さくなり、このことは、簡単な算術過程により確認することができる。

図４は、アスペクト比と面積率との関係を示すグラフであり、横軸が、矩形状の長さＬと幅Ｗのアスペクト比Ｌ／Ｗを示し、縦軸が、正方形（Ｌ＝Ｗ）の面積に対する割合を示している。
矩形状の周囲長が一定、すなわち帯形状の長さＬと幅Ｗの和が一定であることを条件とした場合、正方形の場合の面積が最も大きく、アスペクト比の増加に応じてその面積が小さくなることがわかる。

このように、本実施の形態は、検出部１を、検出面８に接触した被検体９を応答信号生成部へ電気的に接続する複数の検出素子１Ｂが帯状に配置された検出領域８Ｂと、検出面８に接触した被検体９を所定の固定電位へ電気的に接続する複数の検出素子１Ａが検出領域８Ｂを取り囲むように配置された固定電位領域８Ａと、検出領域８Ｂと固定電位領域８Ａの間に設けられ、検出領域８Ｂと固定電位領域８Ａを電気的に分離する分離領域８Ｃとから構成したので、検出領域８Ｂの周囲長を維持しつつ、その面積を削減することができる。

したがって、検出領域８Ｂの周囲長を短縮することなく、被検体９に帯電した静電気が検出領域８Ｂへ放電する確率を低減でき、被検体のインピーダンスを精度よく検出できるとともに、被検体９に帯電した静電気の放電による故障を抑制できる。
また、本実施の形態では、検出領域８Ｂの具体例として矩形状を示したが、例えば矩形状に特有の対向片の平行性や辺の直交性など性質を持つ形状に限定されるものではなく、任意の長手方向へ帯状に伸延している形状であればいずれでもよく、検出領域８Ｂ全体が湾曲していてもよい。

［第２の実施の形態］
次に、図５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５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検出部を示す正面図である。

第１の実施の形態では、検出領域８Ｂが１つの帯状領域から構成されている場合を例として説明した。本実施の形態では、検出領域８Ｂが全体として、複数の帯状領域が当該帯状領域の端部で接合された形状をなす場合について説明する。なお、本実施の形態のインピーダンス検出装置１００における他の構成については、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。

本実施の形態にかかる検出領域８Ｂは、図５に示すように、十字状に接合された帯状領域８１，８２，８３，８４から構成されている。これら帯状領域８１，８２，８３，８４には、それぞれの複数の検出素子１Ｂが帯状に配置されており、帯状領域８１の端部Ｔに対して各帯状領域８２，８３，８４がそれぞれの端部で接合されている。したがって、これら接合された帯状領域８２，８３，８４により、検出領域８Ｂ全体の周囲長が延長される。

このように、本実施の形態では、全体として、検出素子が配置された複数の帯状領域が当該帯状領域の端部で接合された形状をなすように、検出領域８Ｂを形成したので、検出領域８Ｂ全体の周囲長を容易に延長することができる。特に、検出領域８Ｂの長手方向の長さは、被検体９や検出面８の大きさに基づき制限されるため、図２のように１つの帯状領域からなる検出領域８Ｂで得られる周囲長には限界がある。本実施の形態のように、複数の帯状領域を端部で接合することにより、検出領域８Ｂ全体の周囲長を容易に延長することができる。

また、本実施の形態では、帯状領域８１，８２，８３，８４を十字状に接合して検出領域８Ｂを構成したので、例えば帯状領域８１，８３の長手方向だけでなく、これに直交する帯状領域８２，８４の長手方向に対しても、載置位置のズレによる被検体９と検出電極１２Ａ，１２Ｂとの接触不良を低減することができ、載置位置のズレによるインピーダンス検出誤差を抑制できる。

［第３の実施の形態］
次に、図６を参照して、本発明の第３の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置について説明する。図６は、本発明の第３の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置の検出部を示す正面図である。

第１の実施の形態では、検出領域８Ｂが１つの帯状領域から構成されている場合を例として説明した。本実施の形態では、検出領域８Ｂが全体として、検出素子が配置された帯状領域が分岐点で複数に分岐した形状をなす場合について説明する。なお、本実施の形態のインピーダンス検出装置１００における他の構成については、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。

本実施の形態にかかる検出領域８Ｂは、図６に示すように、帯状領域８１が分岐点Ｂで複数の帯状領域８２，８３へここではＹ字状に分岐した形状をなしている。これら帯状領域８２，８３にもそれぞれの複数の検出素子１Ｂが帯状に配置されている。したがって、これら分岐した帯状領域８２，８３により、検出領域８Ｂ全体の周囲長が延長される。

このように、本実施の形態では、全体として、検出素子が配置された帯状領域８１が分岐点Ｂで複数に分岐した形状をなすように、検出領域８Ｂを形成したので、検出領域８Ｂ全体の周囲長を容易に延長することができる。特に、検出領域８Ｂの長手方向の長さは、被検体９や検出面８の大きさに基づき制限されるため、図２のように１つの帯状領域からなる検出領域８Ｂで得られる周囲長には限界がある。本実施の形態のように、帯状領域８１を分岐点Ｂで分岐させることにより、検出領域８Ｂ全体の周囲長を容易に延長することができる。

また、本実施の形態では、帯状領域８１をＹ字状に分岐して検出領域８Ｂを構成したので、例えば帯状領域８１の長手方向だけでなく、ここから分岐した帯状領域８２，８３の分岐方向に対しても、載置位置のズレによる被検体９と検出電極１２Ａ，１２Ｂとの接触不良を低減することができ、載置位置のズレによるインピーダンス検出誤差を抑制できる。なお、帯状領域８２，８３の分岐Ｙ字状に限定されることはなく、例えばＴ字状など任意の方向に分岐してもよい。

［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検出部を示す正面図である。

第１の実施の形態では、検出領域８Ｂが１つの帯状領域から構成されている場合を例として説明した。本実施の形態では、検出領域８Ｂが全体として、検出素子が配置された帯状領域が屈曲点で折れ曲がった形状をなす場合について説明する。なお、本実施の形態のインピーダンス検出装置１００における他の構成については、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。

本実施の形態にかかる検出領域８Ｂは、図７に示すように、帯状領域８１が屈曲点Ｃでそれぞれ帯状領域８２，８３へここではコの字状に折れ曲がった形状をなしている。これら帯状領域８２，８３にもそれぞれの複数の検出素子１Ｂが帯状に配置されている。したがって、これら折れ曲がった帯状領域８２，８３により、検出領域８Ｂ全体の周囲長が延長される。

このように、本実施の形態では、全体として、検出素子が配置された帯状領域８１が屈曲点Ｃで帯状領域８２，８３へ折れ曲がった形状をなすように、検出領域８Ｂを形成したので、検出領域８Ｂ全体の周囲長を容易に延長することができる。特に、検出領域８Ｂの長手方向の長さは、被検体９や検出面８の大きさに基づき制限されるため、図２のように１つの帯状領域からなる検出領域８Ｂで得られる周囲長には限界がある。本実施の形態のように、帯状領域８１を屈曲点Ｃで折り曲げることにより、検出領域８Ｂ全体の周囲長を容易に延長することができる。

また、本実施の形態では、帯状領域８１の両端の屈曲点Ｃでコの字状に折り曲げて検出領域８Ｂを構成したので、例えば帯状領域８１の長手方向だけでなく、ここから折り曲げた帯状領域８２，８３の分岐方向に対しても、載置位置のズレによる被検体９と検出電極１２Ａ，１２Ｂとの接触不良を低減することができ、載置位置のズレによるインピーダンス検出誤差を抑制できる。また、コの字に折り曲げることにより、被検体９や検出面８の大きさという限られた面積の中に効率よく検出領域８Ｂを構成することができ、検出領域８Ｂ全体の周囲長を極めて効率よく延長することができる。なお、本実施の形態では、コの字形状を例として説明したが、折り曲げ方法についてはコの字に限定されるものではなく、例えばＷ字状など任意の方法で折り曲げてもよく、折り曲げ回数を増やして波形状や渦巻き形状にしてもよい。

［第５の実施の形態］
次に、図８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８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検出部を示す正面図である。

第１の実施の形態では、検出領域８Ｂが１つの帯状領域から構成されている場合を例として説明した。本実施の形態では、検出領域８Ｂが全体として環状をなす場合について説明する。なお、本実施の形態のインピーダンス検出装置１００における他の構成については、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。

本実施の形態にかかる検出領域８Ｂは、図８に示すように、帯状の検出領域８Ｂの両端部が接合された環状ここでは矩形環状をなしている。この環状の検出領域８Ｂには全体にわたって複数の検出素子１Ｂが配置されている。また、検出領域８Ｂの中央には検出素子１Ｂに代えて検出素子１Ｂが配置された固定電位領域８Ａが設けられており、この固定電位領域８Ａと検出領域８Ｂの間に分離領域８Ｃが設けられている。これにより、検出領域８Ｂ全体の周囲長が延長される。

このように、本実施の形態では、全体として環状をなすように検出領域８Ｂを形成したので、検出領域８Ｂ全体の周囲長を容易に延長することができる。特に、検出領域８Ｂの長手方向の長さは、被検体９や検出面８の大きさに基づき制限されるため、図２のように１つの帯状領域からなる検出領域８Ｂで得られる周囲長には限界がある。本実施の形態のように、環状形状とすることにより、検出領域８Ｂ全体の周囲長を容易に延長することができる。

また、本実施の形態によれば、全体として環状をなすように検出領域８Ｂを形成したので、検出領域８Ｂの中央に固定電位領域８Ａを設けることができる。これにより、載置時に検出面８に対して接近してくる被検体９と最も距離が近い位置に固定電位領域８Ａが設けられているため、被検体９に帯電している静電気が固定電位領域８Ａへ放電しやすくなる。したがって、検出領域８Ｂへの放電確率を低減でき、回路の破壊を抑制することができる。

［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６の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置の検出部を示す正面図である。

第１の実施の形態では、検出領域８Ｂが１つの帯状領域から構成されている場合を例として説明した。本実施の形態では、検出領域８Ｂの角部が湾曲形状をなす場合について説明する。なお、本実施の形態のインピーダンス検出装置１００における他の構成については、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。

本実施の形態にかかる検出領域８Ｂは、図９に示すように、検出領域８Ｂの角部が湾曲形状をなしている。一般に、静電気は鋭利な部分に放電しやすい特性を有している。したがって、検出領域８Ｂの鋭利な角部を滑らかな湾曲形状をなしているため、被検体９に帯電している静電気が検出領域８Ｂへ放電しにくくなる。

このように、本実施の形態は、角部が湾曲形状をなすように検出領域８Ｂを形成したので、被検体９に帯電している静電気が検出領域８Ｂへ放電しにくくなり、この放電による回路の破壊を抑制することができる。

なお、本実施の形態では、図９に示したように、検出領域８Ｂが１つの帯状領域から構成されてい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く、他の形状の検出領域８Ｂにも適用できる。
図１０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他の検出部を示す正面図である。ここでは、図８の環状の検出領域８Ｂに対して本実施の形態を適用した例が示されており、図９と同様の作用効果が得られる。

また、湾曲の度合いについても、任意に選択すればよい。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他の検出部を示す正面図である。ここでは、図８の環状の検出領域８Ｂに対して本実施の形態を適用した例が示されており、図１０に比較して湾曲の度合いを大きくしたので、検出領域８Ｂ全体が楕円形をなしている。この場合も図９と同様の作用効果が得られる。

［第７の実施の形態］
次に、図１２および図１３を参照して、本発明の第７の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置について説明する。図１２は、本発明の第７の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置の検出部を示す正面図であり、横方向に伸延する指紋に対して検出領域８Ｂが接触している例が示されている。図１３は、本発明の第７の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置の検出部を示す正面図であり、縦方向に伸延する指紋に対して検出領域８Ｂが接触している例が示されている。

第１の実施の形態では、検出領域８Ｂが１つの帯状領域から構成されている場合を例として説明した。本実施の形態では、検出領域８Ｂが互いに直交する検出面上の２つの軸に対して対称をなす場合について説明する。なお、本実施の形態のインピーダンス検出装置１００における他の構成については、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。

本実施の形態にかかる検出領域８Ｂは、検出領域８Ｂが検出面８上で互いに直交する２つの軸Ｘ，Ｙに対して対称な形状、ここでは帯状領域８１〜８４からなる十字状をなしている。
このような形状の検出領域８Ｂを用いた場合、図１２のように、軸Ｘに対して指紋隆線９Ａおよび指紋谷線９Ｂがほぼ平行している場合には、これらと直交する帯状領域８１，８３と指紋隆線９Ａが接触領域８５，８６で電気的に接触する。一方、図１３のように、軸Ｙに対して指紋隆線９Ａおよび指紋谷線９Ｂがほぼ平行している場合には、これらと直交する帯状領域８２，８４と指紋隆線９Ａが接触領域８７，８８で電気的に接触する。

このように、本実施の形態は、全体として、互いに直交する検出面上の２つの軸に対して対称をなすように、検出領域８Ｂをしたので、検出面８上に載置された被検体９の凹凸方向、例えば指紋の隆線・谷線方向が変化しても、被検体９と検出領域８Ｂとの接触面積の変化を抑制することができる。したがって、確実に被検体９と検出領域８Ｂとを接触させることができ、被検体９の凹凸に起因するインピーダンス検出誤差を抑制できる。

なお、本実施の形態では、図１２，１３に示したように、検出領域８Ｂが十字状をなす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く、例えば図８，１０，１１のように、検出面８上で互いに直交する２つの軸Ｘ，Ｙに対して対称な形状であれば、他の形状であっても同様の作用効果が得られる。

［第８の実施の形態］
次に、図１４を参照して、本発明の第８の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置について説明する。図１４は、本発明の第８の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置の検出部を示す正面図である。

第１の実施の形態では、検出領域８Ｂが１つの帯状領域から構成されている場合を例として説明した。本実施の形態では、検出領域８Ｂが、指紋の平均的な最小谷線幅Ｗ₁、指紋の平均的な最大谷線幅Ｗ₂、および指紋の平均的な最大隆線幅Ｗ₃を基準として、その長手方向にＷ₁より大きくＷ₂×２＋Ｗ₃以下の長さを有する場合について説明する。なお、本実施の形態のインピーダンス検出装置１００における他の構成については、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。

本実施の形態にかかる検出領域８Ｂは、図１４に示すように、指紋の平均的な最小谷線幅Ｗ₁、指紋の平均的な最大谷線幅Ｗ₂、および指紋の平均的な最大隆線幅Ｗ₃を基準として、その長手方向にＷ₁より大きくＷ₂×２＋Ｗ₃以下の長さＬを有している。
一般に、指紋隆線９Ａおよび指紋谷線９Ｂの幅にはある程度ばらつきがあり、指紋隆線９Ａおよび指紋谷線９Ｂとも平均的な最小幅（Ｗ₁）は３００μｍ程度であり、平均的な最大幅（Ｗ₂，Ｗ₃）は６００μｍ程度と云われている。

この際、検出領域８Ｂの長手方向の長さＬを最低Ｗ₁（３００μｍ）とすることにより、最低でも指紋谷線９Ｂを跨いでこの指紋谷線９Ｂのいずれか一方に隣接する指紋隆線９Ａと検出領域８Ｂを接触させることができる。また、検出領域８Ｂの長手方向の長さＬをＷ₂×２＋Ｗ₃（１８００μｍ）とすることにより、最低でも１本分の指紋隆線９Ａと検出領域８Ｂを接触させることができる。したがって、検出領域８Ｂの長手方向の長さＬを、Ｗ₁＜Ｌ≦Ｗ₂×２＋Ｗ₃とすればよいことがわかる。

このように、本実施の形態では、指紋の平均的な最小谷線幅Ｗ₁、指紋の平均的な最大谷線幅Ｗ₂、および指紋の平均的な最大隆線幅Ｗ₃を基準として、長手方向にＷ₁より大きくＷ₂×２＋Ｗ₃以下の長さＬで、検出領域８Ｂを形成したので、極めて小さい検出領域８Ｂで、被検体９と検出領域８Ｂを電気的に接触させることができる。したがって、検出領域８Ｂの面積を極めて小さく縮小することができるため、被検体９に帯電している静電気が検出領域８Ｂへ放電しにくくなり、この放電による回路の破壊を抑制することができる。

なお、本実施の形態では、図１４に示すように、検出領域８Ｂが１つの帯状領域から構成されてい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く、例えば前述した各実施の形態における十字状や環状など、他の形状の検出領域８Ｂにも適用できる。
図１５は、本発明の第８の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置の他の検出部を示す正面図である。ここでは、図１１の環状の検出領域８Ｂに対して本実施の形態を適用した例が示されており、楕円形をなす検出領域８Ｂの長手方向（長軸方向）の長さに上記の長さＬを適用すれば、図１４と同様の作用効果が得られる。

また、図１２のような、検出面８上で互いに直交する２つの軸Ｘ，Ｙに対して対称な形状をなす検出領域８Ｂに対しては、帯状領域８１，８３に沿った方向の長さと、帯状領域８２，８４に沿った方向の長さに対して、上記Ｌを適用してもよい。これにより、指紋隆線９Ａおよび指紋谷線９Ｂの方向と検出領域８Ｂの方向が変化した場合でも、極めて小さい検出領域８Ｂで、被検体９と検出領域８Ｂを電気的に接触させることができ、図１４と同様の作用効果が得られる。
また、本実施の形態では、検出領域８Ｂの長さＬについて、１本分の指紋隆線９Ａを基準とした例について説明したがこれに限定されるものではなく、例えば３本分など、数本分の指紋隆線９Ａを基準として長さＬを決定してもよい。これにより、被検体９と検出領域８Ｂとの安定した電気的接触を得ることができる。

［第９の実施の形態］
次に、図１６を参照して、本発明の第９の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置について説明する。図１６は、本発明の第９の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置の検出部を示す正面図である。
本実施の形態は、インピーダンス検出装置１００の検出部１において、検出領域８Ｂが、被検体９と電気的に接触する各検出素子１Ｂの検出電極１２Ｂがそれぞれ環形状をなし、これら検出電極１２Ｂがアレイ状に配置された構成を有する場合について説明する。

本実施の形態にかかる検出領域８Ｂは、図１６に示すように、各検出素子１Ｂの検出電極１２Ｂが、それぞれ環形状をなしており、これら検出電極１２Ｂがアレイ状に配置されている。特に、図１６の例では、検出電極１２Ｂが矩形（正方形）環形状をなし、隣接する検出電極１２Ｂ同士が電気的に接続されて検出電極１２Ｂがアレイ状ここでは格子状に配置されている。このため、検出領域８Ｂは網目状となり、結果として検出領域８Ｂの面積を削減することができる。

このように、本実施の形態では、検出領域８Ｂが、被検体９と電気的に接触する各検出素子１Ｂの検出電極１２Ｂがそれぞれ環形状をなし、これら検出電極１２Ｂがアレイ状に配置された構成を有するようにしたので、検出領域８Ｂの面積を削減することができる。したがって、検出領域８Ｂへの放電確率を低減でき、回路の破壊を抑制することができる。

また、環形状をなす検出電極１２Ｂの中央にできた空間に、被検体９の表面形状の凹凸に応じて変化する容量成分を検出するための検出電極を配置することができるため、インピーダンス検出装置と表面形状認識センサ装置で検出部１を共用でき、これら装置を容易に一体化することができる。この場合、固定電位領域８Ａや分離領域８Ｃにおいても、同様に格子状の検出電極を設けて固定電位へ接続することにより、検出面８の全域にわたって容量成分検出用の検出電極を格子の中央空間へ配置することができ、検出面８の全域で表面形状を検出することができる。

なお、本実施の形態では、図１６に示したように、検出領域８Ｂが全体として十字状をなす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く、他の形状の検出領域８Ｂにも適用できる。
図１７は、本発明の第９の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置の他の検出部を示す正面図である。ここでは、全体として環状（円形環状）をなす検出領域８Ｂに対して本実施の形態を適用した例が示されており、図１６と同様の作用効果が得られる。

［第１０の実施の形態］
次に、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および指紋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および指紋認識装置の構成を示すブロック図である。

生体認識装置１１０は、被検体９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９の実施の形態で説明したいずれかのインピーダンス検出装置から構成されており、被検体９に対して所定の印加信号を印加し、被検体９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。

生体認識部１０１は、検出部１を介してインピーダンス検出装置１００から得た検出信号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９に対する生体か否かの認識判定を行い、被検体９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１１２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、被検体９に帯電した静電気の放電による回路故障を抑制できるとともに、被検体のインピーダンスを精度よく検出でき、被検体に対する生体認識精度とその信頼性を高めることができる。

指紋認識装置１２０は、指からなる被検体９から検出した表面形状情報１Ｐ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１１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９が生体か否かを認識する機能を有している。

指紋検出装置１１１は、検出部１を介して被検体９から得た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か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。

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、被検体９に帯電した静電気の放電による回路故障を抑制できるとともに、被検体のインピーダンスを精度よく検出できる。したがって、高い信頼性と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と信頼性能を高めることができる。

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。 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検出部を示す正面図である。 検出領域の形状と周囲長との比較を示す説明図である。 アスペクト比と面積率との関係を示すグラフである。 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検出部を示す正面図である。 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検出部を示す正面図である。 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検出部を示す正面図である。 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検出部を示す正面図である。 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検出部を示す正面図である。 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他の検出部を示す正面図である。 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他の検出部を示す正面図である。 本発明の第７の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置の検出部を示す正面図である。 本発明の第７の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置の検出部を示す正面図である。 本発明の第８の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置の検出部を示す正面図である。 本発明の第８の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置の他の検出部を示す正面図である。 本発明の第９の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置の検出部を示す正面図である。 本発明の第９の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置の他の検出部を示す正面図である。 本発明の第１０の実施の形態にかかる生体認識装置および指紋認識装置の構成を示すブロック図である。 従来の生体認識装置の構成を示すブロック図である。 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２０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。 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る。 図２２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。 表面形状認識センサ装置の外観図である。 表面形状認識センサ装置の構成を示すブロック図である。 従来の表面形状認識センサ装置で用いられる検出部の構成を示す正面図である。 従来の表面形状認識センサ装置で用いられる検出部の構成を示す図２６のＡＡ断面図である。 表面形状認識センサ装置のセンサ面構成を示す説明図である。 図２８の要部拡大図である。

符号の説明

１００…インピーダンス検出装置、１…検出部、１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…検出素子、１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ…検出電極、１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ…検出電極、１Ｓ…印加信号、２…供給信号生成部、２Ｓ…供給信号、２１…周波数発生回路、２１Ｓ…クロック信号、２２…波形整形回路、３…応答信号生成部、３Ｓ…応答信号、３１…電流−電圧変換回路、４…波形情報検出部、４Ｓ，４ＡＳ，４ＢＳ…検出信号、４１…オフセット補正回路、４１Ｓ…被比較信号、４２…基準信号発生回路、４２Ｓ…基準信号、４３…位相比較回路、４４…ピーク電圧検出回路、４４Ｓ…ピーク電圧値、４５…中心電圧検出回路、４５Ｓ…中心電圧値、４６…電圧比較回路、５…生体認識部、５Ｓ…認識結果、６…表面形状検出部、６Ｓ…表面形状データ、７…生体認識部、７Ｓ…認識結果、８…検出面、８Ａ…固定電位領域、８Ｂ…検出領域、８Ｃ…分離領域、８１〜８４…帯状領域、８５〜８８…接触領域、９…被検体（指）、９Ａ…指紋隆線、９Ｂ…指紋谷線、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、１５０…表面形状認識装置。

Claims (13)

1. 被検体と電気的に接触する検出面に配置された複数の検出素子からなる検出部と、
   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、
   少なくとも前記応答信号の位相または振幅のいずれか一方を波形情報として検出し、この波形情報に基づいて前記被検体のインピーダンスを示す検出信号を出力する波形情報検出部と
   を備えるインピーダンス検出装置であって、
   前記検出部は、
   前記検出面に接触した前記被検体を前記応答信号生成部へ電気的に接続する複数の検出素子が帯状に配置された検出領域と、
   前記検出面に接触した前記被検体を所定の固定電位へ電気的に接続する複数の検出素子が前記検出領域を取り囲むように配置された固定電位領域と、
   前記検出領域と前記固定電位領域の間に設けられ、前記検出領域と前記固定電位領域を電気的に分離する分離領域と
   から構成されていることを特徴とするインピーダンス検出装置。
2. 請求項１に記載のインピーダンス検出装置において、
   前記検出領域は、前記検出素子が配置された複数の帯状領域が当該帯状領域の端部で接合された形状をなすことを特徴とするインピーダンス検出装置。
3. 請求項１に記載のインピーダンス検出装置において、
   前記検出領域は、前記検出素子が配置された帯状領域が分岐点で複数に分岐した形状をなすことを特徴とするインピーダンス検出装置。
4. 請求項１に記載のインピーダンス検出装置において、
   前記検出領域は、前記検出素子が配置された帯状領域が屈曲点で折れ曲がった形状をなすことを特徴とするインピーダンス検出装置。
5. 請求項１に記載のインピーダンス検出装置において、
   前記検出領域は、全体として十字状をなすことを特徴とするインピーダンス検出装置。
6. 請求項１に記載のインピーダンス検出装置において、
   前記検出領域は、全体として環状をなすことを特徴とするインピーダンス検出装置。
7. 請求項１に記載のインピーダンス検出装置において、
   前記検出領域は、当該検出領域の角部が湾曲形状をなすことを特徴とするインピーダンス検出装置。
8. 請求項１に記載のインピーダンス検出装置において、
   前記検出領域は、互いに直交する前記検出面上の２つの軸に対して対称をなすことを特徴とするインピーダンス検出装置。
9. 請求項１に記載のインピーダンス検出装置において、
   前記検出領域は、指紋の平均的な最小谷線幅Ｗ₁、指紋の平均的な最大谷線幅Ｗ₂、および指紋の平均的な最大隆線幅Ｗ₃を基準として、その長手方向にＷ₁より大きくＷ₂×２＋Ｗ₃以下の長さを有することを特徴とするインピーダンス検出装置。
10. 請求項１に記載のインピーダンス検出装置において、
    前記検出領域は、前記被検体と電気的に接触する前記各検出素子の検出電極がそれぞれ環形状をなし、これら検出電極がアレイ状に配置された構成を有することを特徴とするインピーダンス検出装置。
11. 検出面に配置された複数の検出素子からなる検出部を介して電気的に接触した被検体に対し、応答信号生成部により、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、
    少なくとも前記応答信号の位相または振幅のいずれか一方を波形情報として検出し、この波形情報に基づいて前記被検体のインピーダンスを示す検出信号を出力する波形情報検出ステップとを備え、
    前記検出部は、
    複数の検出素子が帯状に配置された検出領域により、前記検出面に接触した前記被検体を前記応答信号生成部へ電気的に接続し、
    複数の検出素子が前記検出領域を取り囲むように配置された固定電位領域により、前記検出面に接触した前記被検体を所定の固定電位へ電気的に接続し、
    前記検出領域と前記固定電位領域の間に設けられた分離領域により、前記検出領域と前記固定電位領域を電気的に分離する
    ことを特徴とするインピーダンス検出方法。
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。
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。

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