JP2009517117A - バイオメトリックセンサ - Google Patents

Abstract

バイオメトリックセンサ装置（１）は、可撓性薄層センサ本体（２）と、導電性検知板（２１）と、検知板と外面（７）との間の第１の非導電層（４１）と、通過開口（５４）有し、検知板に重なる導電性遮蔽板（５３）と、検知板と遮蔽板との間の第２の非導電層（５１）と、内面（６）上の導電性回路線と、遮蔽板と回路線との間の非導電性分離層と、内面（６）に実装され、入力（１１１）を有する差動増幅器（１１０）を備えた信号処理回路（１００）と、第２の非導電層（５１）及び分離層（６１，７１）と交差し、遮蔽板（５３）の通過開口（５４）を通って延在し、増幅器（１１０）の入力（１１１）及び検知板（２１）を結合する導電性相互接続部（８２）とを有する。

Description

本発明は、全般に、生体電気信号を検知するバイオメトリックセンサに関する。

電気信号が人体の様々な個所で生成されることはよく知られている。かかる信号は、体内の電気的活動を表す。このような電気的活動の重要な発生源は心臓、脳、筋肉の運動等である。ある身体状態に関する情報を得るために、かかる電気信号を測定し、例えば、心電図（ＥＣＧ）、脳電図（ＥＥＧ）、筋電図（ＥＭＧ）のような、かかる信号の時間レジストレーションを提供することが既に知られている。

かかる信号を測定する場合に、幾つかの問題が解決されるべきである。第１の問題は、人の皮膚が不良導体であるという事実に関する。これに関連して、測定センサは以下のように分類され得る。例えば針のような貫通性センサは皮膚を突き通し、皮下にある身体の導電部分との良好な電気接触を有しうるが、このようなセンサは実際的な状況では適切でない。皮膚と密着して置かれる導電板の形をした接触電極は、センサと皮膚との間の比較的高い接触抵抗を欠点とする。電気接触を改善することによってこのような問題を減らすために、導電板と皮膚との間に（塩化銀を含有する）導電ジェルを有する湿潤電極が使用される。しかし、このジェルは、炎症又はアレルギー反応を引き起こすことがある。

上記の問題及び接触電極の欠点を解決するために、容量結合によって電気信号を測定する非接触センサが既に開発されている。しかし、このような容量センサは、異なる種類の問題をもたらす。このことに関する最も重大な問題は、このような容量センサが周囲で発生した電気信号にも反応するという事実に関する。外乱信号又は雑音信号の重要な発生源は、（ほぼ１０００ボルト又はそれ以上にある）高電圧に帯電された運動体又は（ほぼ２３０ボルト又はそれ以上の電圧を伝送する）主電気配線である。

第２の問題は、ユーザにとっての快適性に関する。実際に、容量性バイオメトリックセンサは既に提案されているが、それは堅く且つ比較的重い。バイオメトリックセンサは幾つかの可能な用途を有するが、必要の重要な用途分野は衣服での実装又は一体化である。このような用途では、剛性センサは、ユーザにとって快適ではないので、好ましくはない。更に、剛性センサは、皮膚との不良接触しか提供しないという問題を有する。良好な接触のために、バイオメトリックセンサは、体の湾曲に適応して、例えば筋肉が動く場合に、この湾曲の変化に従うことできるよう十分に柔軟性を有していることが必要である。

同じような問題は、このようなセンサが、特に人の皮膚へセンサを当てることを必要とせずに人の体信号を容易に得ることを可能にするよう椅子又はベッド又は診察台の表面物質に実装される場合に、直面される。

国際特許公開ＷＯ２００５／０３２３６８（特許文献１）は、皮膚との容量結合を提供する可撓性バイオメトリックセンサを開示する。特許文献１のセンサは、繊維材料に導線を組み込むことによって提供される導電性の布を有する。このような設計の欠点は、それが繊維製造工程への適応を要する点である。更なる欠点は、このような布が通常は比較的大きな表面積を覆う点である。従って、センサの空間分解能は比較的低い。逆に、比較的小さな表面積を有する布が使用されうる場合は、このようなセンサは少数の導線しか有さず、検出されるべき信号との結合不良をもたらす。

他方で、このようなセンサは、周辺からの信号に極めて敏感であり、実際の体信号と雑音信号との間を区別することは極めて困難である。この点において、雑音信号が約１００ミリボルト又はそれ以上の振幅を有し、一方、実際の体信号は約１ミリボルト又はそれ以下の振幅を有しうることは注目すべきに値する。
国際特許公開ＷＯ２００５／０３２３６８

本発明は、上記の問題及び欠点を解決することを目的とする。

具体的に、本発明は、人体の湾曲に適応するために十分に柔軟性を有し、衣服に組み込むのに適し、周囲からの電気信号に対して低減された感度を有するバイオメトリックセンサ装置を提供することを目的とする。

本発明の重要な態様に従って、バイオメトリックセンサ装置は、可撓性絶縁層によって互いから分離された可撓性導電層のスタックを有する。第１の層は検知領域を有する。第２の層は保護板を有する。当該装置は、更に、集積信号処理回路と、所定の電圧レベル、望ましくはゼロ電圧へ接続され、前記電気回路を覆う更なる導電層とを有する。

本発明の上記及び他の態様、特徴及び利点について、図面を参照して、本発明に従うセンサ装置の好ましい実施形態に関する以下の記載によって更に説明する。図面中、同じ参照番号は同一の又は類似する部分を示す。

図１Ａは、本発明に従うバイオメトリックセンサ装置１の好ましい実施形態の内部図であり、図１Ｂは、同じ装置の外観図である。センサ装置１は、折り目部分５で互いへ取り付けられた２つのウィング部３、４を備えた可撓性薄層センサ本体２を有する。センサ本体２は、２つの対向する主要な面、即ち、図１Ａの内部図で見られる第１の主要面６と、図１Ｂの外観図で見られる対向する第２の主要面７とを有する。使用において、２つのウィング部３、４は、折り目部分５が環状となるように共に折り畳まれ、２つのウィング部の第１の主要面６は互いに面する。このため、第１の主要面６は、また、「内面（inside surface）」とも称される。一方、対向する第２の主要面７は、上述されるように折り畳まれる場合に装置の外側にあり、「外面（outside surface）」とも称される。

２つのウィング部３、４の外形形状は本質的要素ではない。通常、これらの２つのウィング部は同じ外形を有するが、それすらも必然ではない。表される実施例では、２つのウィング部は八角形であるが、例えば円形のような他の外形も可能である。

第１のウィング部３は、その周囲に沿ってスルーホール８の第１の連続を有する。同様に、第２のウィング部９は、その周囲に沿ってスルーホール９の第２の連続を有する。第１のホール８及び第２のホール９は、２つのウィング部３及び４が共に折り畳まれ、第１のホール８及び第２のホール９が互いと位置を合わせられるように配置される。これらのホールは、例えば縫い目によって、センサ装置１が衣服に取り付けられることを容易にする。

以下で更に詳細に説明されるように、第１のウィング部３は、その外面７において、実質的に中央に配置された導電性検知板２１と、検知板２１の周りに配置された環状の導電保護リング２２とを有する。検知板２１の形状は重大ではないが、円形が好ましい。同様に、保護リング２２の形状は重大ではないが、同様に保護リングに関して円形が好ましい。検知板２１の直径は重大ではなく、通常は、位置精度と電気感度との間の妥協点である。適切な実施例では、検知板２１の直径は、通常、１０から１５ミリメートルの範囲にあり、実験的な実施形態は１２ミリメートルの直径を有する。保護リング２２は、通常、ほぼ１から２ミリメートル程度の幅を有し、検知板２１と保護リング２２との間の半径距離は、また、通常は１から２ミリメートル程度にありうる。

図１Ａの内部図で見られるように、第１のウィング部３は、外部の線を取り付ける接触パッド６と、電気回路部品１７とを載せる。

点線で示されるように、センサ本体２は、また、第１のウィング部３においては第１の接地板１３を有し、第２のウィング部４においては第２の接地板１４を有する。これらの接地板１３、１４は、いずれも機械的に柔軟であるよう十分に一層薄い電気導体であり、内面６から離して且つ外面７から離して配置され、従って、図１Ａ及び１Ｂにおいて点線で示されている。

図１Ａに示されるように、第１のウィング部３は、その内面６において、少なくとも１つの導電接触領域１１を有する。この領域１１は、第１の接地板１３へ電気的に接続されている。同様に、第２のウィング部４は、少なくとも１つの導電接触１２を有する。この接触１２は、第２の接地板１４へ電気的に接続されている。示される実施例では、第１のウィング部３は、互いに対向して正反対に配置された２つの接触１１を有する。第２のウィング部４も同様である。接触１１及び１２は、センサ本体が折り畳まれる場合に、２つのウィング部３及び４の接触１１及び１２が互いに位置を合わせられるように配置される。従って、かかる接触は、第１の接地板１３と第２の接地板１４との間の電気的接続を確かにする。かかる接触は、また、その折り畳まれた状態でセンサ本体２を機械的に閉じるためにも使用され得る。可能な実施例では、接触１１、１２には半田スズがもられ、センサ本体２を折り畳んだ後の局所的な熱処理により互いへ半田付けをされる。

以下では、センサ本体２の内部設計について更に詳細な記載を与える。

最初に、図２を参照すると、一般に「フレックスホイル（flex foil）」として知られる可撓性ホイル３０の断面図が示される。ホイル３０は、第１の層３１及び第２の層３２を有する。第１の層３１は、電気的には実質的に非導電性であり、第２の層３２は、電気的には実質的に導電性である。通常、第２の層３２は薄銅層であり、約１０から２０マイクロメートル程度の厚さを有する。標準的な利用可能な製品では、この厚さは約１７．５マイクロメートルであり、他の標準的な利用可能な製品では、この厚さは約３５マイクロメートルである。第２の層３２は、電気的特性を有した絶縁体である。非導電性の第１の層３１の典型的な材料はカプトン（capton）である。図２の設計のフレックスホイル３０は、非導電性の第１の層３１に関して様々な厚さで市販されており、かかる製品は、通常、いわゆる「フレキシブルＰＣＢ」として使用される。この材料は、当業者には明らかであるようにそれ自体は知られているから、更なる記載はここでは不要である。しかし、このような一般に知られるフレックスホイル３０は、以下の記載から明らかであるように、センサ本体２を製造する際に、より具体的には、互いの上部にフレックスホイルの多層を貼り付けることによって、使用されることが知られる。この貼付は、適切な接着剤を使用することによって、あるいは、カプトン層に隣接の層へ流れて接着させる熱処理を行うことによって行われ得る。

図３は、図１Ｂの線III−IIIに沿ったバイオメトリックセンサ装置のノンスケールの断面図を図式的に示す。この実施例では、センサ本体２は、互いの上部で貼り付けられた４つのフレックスホイル層４０、５０、６０、７０のスタックから成る。第１のフレックスホイル層４０は、センサ装置１の外面７を形成するように装置の外側に向けられた第１の非導電層４１を有する。例えばエッチングのような一般に知られる技術を用いて、第２の導電層４２の一部は、導電検知板２１と、検知板２１の周囲の導電性環状保護リング２２とを残して除去されている。

使用において、センサ装置１は、試験されるべき人体の皮膚に近接して持ってこられ、その人体に接触され得る。次いで、非導電層４１は、電気絶縁体として働き、身体と導電検知板２１との間に電気絶縁を提供し、また、人体と検知板２１との間でダイエレクトラム（dielectricum）として働く。このように、検知板２１は、人の皮膚に存在する電界の変化を捕らえる。

第２のフレックスホイル５０は、第２の非導電層５１が第１の導電層４２と接触するように、第１のフレックスホイル４０へ付けられる。事実上、これは、検知板２１及び保護リング２２が２つの非導電層４１及び５１内に完全に取り囲まれることを意味する。明りょうさのために、第１の導電層４２は、導電物質が除去された場所でさえ、センサ本体２の範囲全体にわたって表されていることが知られる。このように、元のフレックスホイル４０がその表面全体にわたって導電層４２を有している場合に、センサ本体２における第１のフレックスホイル４０は、残っている導電部２１及び２２しか有さない。かかる部分２１及び２２の外では、層４２は実際にはもはや存在せず、従って、第１の非導電層４１及び第２の非導電層５１は、実際には、第１の導電層４２が除去された部分において互いへ直接に付けられる。しかし、明りょうさのために、図３の図示は、第１の非導電層４１と第２の非導電層５１との間の距離を示して、第１の導電層４２の除去された部分を表す。当業者には明らかであるように、他の層に関して、必要な変更を加えて、同様のことが言える。

更に、第１の導電層４２が関与する限りセンサ装置１の有効な部分は、前出の部分２１及び２２であることが知られる。しかし、第１の導電層４２の更なる部分は、依然として残り、センサ装置に対する有効な作用を有さず、センサ装置の機能に対して外乱を有さず、場合によっては、第１の導電層４２のこのような更なる部分が部分２１又は２２と電気的に接触していない限り、外側領域の遮蔽に寄与さえする。

第２のフレックスホイル５０の第２の導電層５２では、保護板５３は、最も好ましい実施例では、少なくとも保護リング２２の範囲に対応する範囲を有して定められるが、保護リング２２の外周を超えて延在しても良い。保護板５３の外では、第２の導電層５２は本実施例では完全に除去されている。

第３のフレックスホイル層６０は、第３のフレックスホイル層６０の第３の非導電層６１が保護板５３と接触するように、第２のフレックスホイル層５０へ付けられる。このように、保護板５３は、非導電層５１と６１との間に完全に埋め込まれている。第３のフレックスホイル６０の第３の導電層６２では、センサ本体２の周囲の小さな部分しか除去されず、従って、第１のウィング部３では、第３の導電層６２の大部分６３が残り、第１のウィング部３の第１の接地板１３を定める。同様に、第３の導電層６２の大部分が６６第２のウィング部４で残り、第２のウィング部４の第２の接地板１４を定める。

図３は、第３の導電層６２がセンサ本体２の折り目部分５に依然として存在することを示す。その場合に、図１Ａに示されるように、第１の接地板１３を第２の接地板１４に接続するごく小さい導線１５を残すよう、第３の導電層６２はこの折り目部分５においてエッチング処理をされることが好ましい。折り目部分５において第３の導電層６２の大部分を除去することによって、この折り目部分５の柔軟性は改善される。かかる導線１５が損なわれない限り、接触１１及び１２は削除されても良い。しかし、上述されるように接触１１及び１２を有する実施例の場合には、接続線１５は削除可能であり、この場合に、第３の導電層６２は折り目部分５において完全に除去され得、折り目部分５の柔軟性を更に高める。

第４のフレックスホイル層７０は、第３のフレックスホイル６０の第３の導電層６２へ付けられた第４の非導電層７１を有する。第４のフレックスホイル７０の第４の導電層７２は、センサ装置１の内面６を定める。第４の導電層７２は、電気接触１１及び１２を残し、また、回路部品１７の端子及び接触パッド１６を接続する電気回路線を残すよう、大部分についてエッチング処理をされる。第４の導電層７２は第４のフレックスホイル７０の表面の大部分から除去されているので、センサ装置１の内面６は第４の非導電層７１の自由表面によって定められ、且つ、この内面６は導電接触部１１及びプリント回路線７３、７４、７５を設けられるとも言うことができる。

保護リング２２は、第２の非導電層５１と交差し且つ以降で「相互接続部（interconnector）」として示される少なくとも１つの導体８１によって、保護板５３へ電気的に接続されている。好ましい実施例では、センサ装置１は、１から３ｍｍほどの小さい相互間隔で、円形パターンで配置されたこのような相互接続部８１の連続を有する。保護板５３は、電界に対するシールドとして働き、このような電界が検知板２１に達することを大いに防ぐ。遮蔽リング２２及び相互接続コネクタ８１の配列の組み合わせは、ほぼファラデーケージと同じように、更に遮蔽効果を改善する。第１のウィング部３の接地板１３は、使用において所定電圧レベル、望ましくはゼロ電圧へ接続され、更にこのような電界を遮ることに役立つ。容易に分かるように、センサ装置１が人体の皮膚へ適用される場合に、接地板１３、６３とセンサ装置の外面７との間には小さな空隙しか残らず、このような空隙は、３つの非導電層４１、５１及び６１の組み合わされた厚さによって定まる幅を有し、通常は１００マイクロメートルよりも小さい。この空隙を貫通することが可能な電界線は、更に、保護板５３、保護リング２２、及び相互接続部８１によって定まるファラデーケージによって遮られる。

周囲からの電界の起こり得る影響を可能な限り小さく保つために、捕捉信号を処理する電気回路が、可能な限り検知板２１の近くにその入力端子を有して、第１のウィング部３の内面６上に配置される。本発明の重要な態様に従って、小さな開口５４は、例えば、第２の導電層５２の対応する小さな部分をエッチング処理することによって、第２の導電層５２において定められ、同様に、小さな開口６４が第３の導電層６２に配置される。かかる２つの開口５４及び６４は、互いに位置を合わせられている。第４の導電層７２の第１の回路部分７３は、前出の開口５４及び６４と一直線上に定められる。図３は、第１の回路部分７３並びに前出の開口５４及び６４が検知板２１と一列に並べられ、第２、第３及び第４の非導電層５１、６１及び７１を通る第２の相互接続部８２が、保護板５３及び接地板６３のいずれにも接触せずに、前出の開口５４及び６４を通って延在して、検知板２１を第１の回路部分７３へ接続することを示す。図３は、また、端子リードを有するパッケージの形で回路部品１７を示す。入力端子リード１７ａは、前出の第１の回路部分７３へ電気的に接続される。好ましい実施例では、この入力端子リード１７ａは、実質的に第２の相互接続部８２と位置を合わせられている。図３に示されるこの回路部品１７は、以降で説明されるように、増幅器を有する。

本発明の更なる重要な態様に従って、第２の開口６５は接地板６３において定められ、第３の相互接続部８３は、第４の導電層７２の第２の回路部分７４を保護板５３と接続する。この第３の相互接続部８３は、示されるように、保護リング２２へ及んでも良い。このように、第３の相互接続部８３は、第２、第３及び第４の非導電層５１、６１及び７１を通り、第２の導電層５２と接し、第３の導電層６２と電気的に接触しないように第３の導電層６２の第２の開口６５を通って延在する。第２の回路部分７４は、第４の導電層７２のプリント回路線７３を通って第３の回路部分７５へ接続される。第３の回路部分７５へは、増幅器部品１７の出力端子リード１７ｂが接続される。

相互接続部８１、８２、８３の重要な特徴は、それらが第１の非導電層４１を通って延在しない点である。従って、第１の相互接続部８１は第１の導電層４２の保護リング２２の部分と接触するが、第１の相互接続部８１は第１の非導電層４１を通って延在しない。より具体的には、第１の非導電層４１は、外面７の側からの第１の相互接続部８１との電気的接触の可能性を妨げるために、第１の相互接続部８１を常に覆う。第２及び第３の相互接続部８２及び８３についても同様である。

図３で、相互接続部８１、８２、８３は、薄い縦材導体として表されている。このような実施例は不可能でないが、フレックスホイル層のわずかの厚さを考慮するとむしろ実用できない。より実際的な好ましい実施例では、相互接続部８１、８２、８３は金属ビアとして設けられる。薄い非導電性基板の対向する側にある２つの導電層の間に貫通接続を提供するよう金属ビアを作る技術は、それ自体は知られた技術である。それでもなお、以下の図は、本発明に従うセンサ装置を製造する製造過程における可能なステップを図式的に表す。

図４Ａは、面全体に広がった第１の非導電層４１及び第１の導電層４２を有する第１のフレックスホイル４０の一部の断面図を図式的に表す。導電層４２の幾つかの部分は、検知板２１及び保護リング２２が残るように、例えばエッチング処理によって除去される。この状態で、このフレックスホイルは、第１の中間生成物２４０として示される。

同様の方法で、図４Ｂは、面全体に広がった第２の非導電層５１及び第２の導電層５２を有する第２のフレックスホイル５０を表す。導電層５２の幾つかの部分は、開口５４を有する保護板５３が残るように除去される。次のステップで、第２のフレックスホイル５０の厚さ全体にわたってスルーホールとして延在するビア２５１及び２５２が作られる。第１のビア２５１は保護板５３を貫通し、第２のビア２５２は開口５４と位置を合わせられる。この状態で、ホイルは、第２の中間生成物２５０として示される。明らかになるように、図４Ｂ中の第１のビア２５１は、実際には、円形パターンでのビアの連続を表す。

次のステップでは、第１及び第２の中間生成物２４０及び２５０は、第１のビア２５１が保護リング２２と位置を合わせられ、一方、第２のビア２５２が検知板２１と位置を合わせられるように、図４Ｃに表されるように、互いへ貼り付けられる。結果として得られる生成物は、積層中間生成物２８０として示される。

次のステップで、第１のビア２５１は金属化される。金属化処理は、それ自体は知られているので、かかる処理についてはここで説明しない。ビア２５１での金属化が、遮蔽板５３のみならず遮蔽リング２２との電気的接触を生じさせることが分かれば十分である。図４Ｃの左側には、金属化２５３がビア２５１の固体充填として設けられ得ることが表されているが、図４Ｃの右側、特に拡大された詳細は、金属化２５３が円筒状導体として設けられ得ることを表す。いずれの場合にも、図は、金属化２５３が、保護板５３の自由表面の上に広がったヘッド部（左側）又はカラー（collar）部（右側）を有することを示す。しかし、金属化処理は、また、金属化２５３が保護板５３の自由表面と同一表面であるように行われ得る。

同様に、第３のフレックスホイル６０は、第３の非導電層６１並びに開口６４及び６５を有する接地板６３から成る第３の中間生成物を提供するよう処理され得、第４のフレックスホイル７０は、接触１１及び１２と、プリント回路部分７３、７４、７５とを有する第４の非導電層７１から成る第４の中間生成物を提供するよう処理され得、第４の中間生成物２７０は、接触１１、１２と位置を合わせられたビアを設けるよう処理され得、第３及び第４の中間生成物は互いへ貼り付けられ得、ビアは、積層された第３及び第４の中間生成物に設けられて、その２つの積層された中間生成物の厚さ全体にわたって、第１の回路部分７３及び第１の開口６４を通って延在し且つ第２の回路部分７４及び対応する開口７５を通って延在する。これらのステップは、個々には表されない。次いで、第３及び第４の中間生成物の積層された組み合わせは、第１の回路部分７３及び対応する開口６４を通って延在するビアが第２のビア２５２と位置を合わせられるように、且つ、第２の回路部分７４及び対応する開口６５が保護板５３と位置を合わせられるように、積層中間生成物２８０へ貼り付けられる。

その場合に、次の処理ステップで、ビアは金属化される。接触１１又は１２を通って延在するビアの金属化は、一方ではこのような接触１１、１２との、他方では接地板６３との電気的接触を生じさせて、相互接続部８４を設ける。第２の回路部分７４及び第２の開口６５を通って延在するビアの金属化は、一方では第２の回路部分７４との、他方では接地板５３との電気的接触を生じさせるが、開口６５が比較的大きいことから接地板６３との電気的接触は生じない。同様に、第１の回路部分７３及び第１の開口６４を通って延在し且つ第２のビア２５２と位置を合わせられたビアの金属化は、一方では第１の回路部分７３との、他方では接地板２１との電気的接触を生じさせるが、開口５４及び６４の直径のために、接地板５３及び接地板６３のいずれとの電気的接触も生じない。

図５は、第１のウィング部３の内面６上に貼り付けられた信号処理回路１００の入力段を図式的に表すブロック図である。この処理回路の重要な部品として、図は、非反転入力１１１、反転入力１１２及び出力１１４を有する、例えば演算増幅器のような差動増幅器１１０を示す。この増幅器１１０は、図３に示される部品１７ａの一部であり、非反転入力１１１は第１の端子リード１７ａへ接続され、一方、出力１１４は第２の端子リード１７ｂへ接続される。

図５は、検知板２１が増幅器１１０の非反転入力１１１へ接続されることを示す。この接続は、導体１２１を通って可能な限り短くされるよう設計され、金属ビア８２及び場合によりプリント回路線７３の短い部分を有する。増幅器１１０は、極めて高い入力インピーダンスを有する種類である。増幅器１１０は、基本的には、線１２４を介して出力１１４へ接続された反転入力１１２を有して、バッファ増幅器として接続される。従って、増幅器の出力１１４は、増幅器の入力１１１と同じ電圧信号を伝送する。回路１００は、更なる信号処理部品を有しても良く、あるいは、増幅器の出力１１４は、接触パッド１６の１つへ直接接続されても良い。しかし、これは本質的要素ではなく、図中には表されない。

使用において、人体の近くに配置される場合に、検知板２１は身体との容量結合を有し、第１の絶縁層４１はダイエレクトラムとして働く。この結合の容量値は、通常、ほぼ数マイクロファラッド程度である。増幅器１１０の入力１１１は入力抵抗を有する。入力抵抗は、適切に選択された増幅器では、無限大に近似され得る。しかし、ゼロ電圧レベルに対して、確定した漏れ抵抗を設けることが好ましい。この漏れ抵抗は、増幅器の入力端子７３と接地との間に接続された抵抗１３０によって与えられる。結合容量及び漏れ抵抗の組み合わせは、高帯域通過フィルタを形成する。この高帯域通過フィルタの特性遷移周波数を、ほぼ０．２ヘルツ程度と、可能な限り低く有することが好ましい。これは、抵抗１３０に関して１００ギガオーム又はそれよりも高い設計抵抗をもたらす。

身体との容量結合とは別に、検知板２１は、また、周辺の電圧の発生源との容量結合を有する。この結合は、ほぼ数フェムトファラッド程度の極めて低い容量値を有するが、このような発生源の電圧レベルは極めて高い。従って、検知板２１においてこの結合の結果として導入される結果として生じる電圧は、通常、ほぼ１００ミリボルト程度に及ぶ。検知板２１の後ろ近くに配置された遮蔽板５３の作用は、検知板２１を囲む好ましい遮蔽リング２２及び相互接続部８１の連続によって高められ、このような擾乱電界を遮り、検知板２１と周囲との間の結合容量を効果的に低下させる。

留意すべきは、検知板２１は、また、遮蔽板５３及び遮蔽リング２２とも容量結合を有する点である。検知板２１と遮蔽板５３との間の電圧レベルの如何なる差も、検知板２１と遮蔽板５３との間に擾乱電流を生じさせ、測定信号に影響を与える。この問題を削除又は少なくても軽減するために、遮蔽リング２２及び遮蔽板５３は、線１２２を介して増幅器の出力１１４へ接続される。線１２２は、ほぼ数キロオーム程度の値を有しうる抵抗１２３を有しても良い。結果として、遮蔽リング２２及び遮蔽板５３の電圧レベルは、実質的に増幅器の出力１１４の電圧レベルに等しい。言い換えると、それは、実質的に増幅器の入力１１１の電圧レベルに等しく、ひいては、実質的に検知板２１の電圧レベルに等しい。従って、このような擾乱電流は有効に回避される。また、絶縁層４１及び５１の間のインターフェースの起こり得る付着物によって引き起こされる擾乱電流も、同様に、有効に回避される。

遮蔽板５３は外部の電界に対して検知板２１を遮るが、相互接続部８２、増幅器の入力端子１７ａ、及び増幅器の入力端子１７ａへ接続されるプリント回路線７３は全て、遮蔽板５３の向こう側に配置される。ゆえに、それらは、依然として周囲との容量結合を有する。また、クリープ電流が、内面６のある付着物によって引き起こされることがある。このような付着物によって引き起こされる潜在的な問題を減らすために、第４の導電層７２は、図５において点線で示される、検知板２１へ接続された全てのプリント回路線７３、１２１を囲む導電遮蔽線１２５を有する。この遮蔽線１２５は、また、増幅器の出力１１４へ接続される。

実際には、１００ギガオームの所望の抵抗値を有する抵抗試料（specimen）を見つけることは困難であり、且つ／あるいは、このような抵抗は大きく且つ高価である。結果として、直列な２つ（又はそれ以上）の抵抗１３１、１３２の組み合わせとして漏れ抵抗１３０を形成することが必要とされ得る。その場合に、かかる抵抗１３１、１３２の２つの間のノードＡは、周囲と容量結合を形成する。この容量結合は、抵抗１３１を介して、依然として増幅器の入力１１１で信号に影響を与えうる。この影響を減らすよう、かかるノードＡは、また、保護リング１４０によって囲まれる。保護リング１４０は、また、直接にではないが、この保護リング１４０を２つ（又はそれ以上）の抵抗１４１、１４２の直列結合のノードＢへ接続することによって、増幅器の出力１１４へ接続される。かかる抵抗は、抵抗値の比Ｒ（１４１）／Ｒ（１４２）が実質的に抵抗値の比Ｒ（１３１）／Ｒ（１３２）に等しくなるように選択される。

回路線及び回路部品が外部の電界に反応するという効果を更に小さくするよう、センサ装置１は、第２の接地板１４を備えた第２のウィング部４を有する。第２の接地板１４は、第３の導電層６２にある１若しくはそれ以上の導線１５を介して、又は接触１１、１２を介して、又はその両方によって、第１の接地板１３へ電気的に接続される。すぐ使用できる状態で、第２のウィング部４が第１のウィング部３上に折り畳まれている場合に、第２の接地板１４は回路１００上に延在し、即ち、実際には、回路部品１７、１１０、１２３、１３１、１３２、１４１、１４２及び相互接続回路線７３、７４、７５、１２１、１２２、１２４、１２５を覆って、２つの接地板１３及び１４の間に包囲されたかかる部品及び回路線に外部電界に対するシールドを提供する。これに関連して、２つの接地板１３及び１４は、回路１００の対向する側で共に電気的に接続されたそれらの端部を有することが好ましい。このため、接触１１は回路１００の反対側に配置される。

当業者には明らかなように、本発明は、上記で論じられた例となる好ましい実施形態に限定されず、幾つかの変形及び改良が、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の技術的範囲内で可能である。

例えば、二層フレックスホイルを用いることに代えて、非導電層の対向する側で２つの導電層を備えたフレックスホイル、又は導電層の対向する側で２つの非導電層を備えたフレックスホイルを使用することが可能である。

更に、好ましい実施形態では第１及び第２の接地板１３及び１４は同一の導電層６２の部分６３及び６６として実施されるが、第２のウィング部４の第２の接地板１４は、対応する相互接続部を介して対応する接触１２へ接続される異なる導電層４２、５２の一部として実施されることが可能である。

更に、好ましい実施例では、装置は、互いに対して折り畳まれる２つのウィング部を有するが、２つのウィング部が互いの上部で積層された別個のものとして実施されることも可能である。

更に、好ましい実施例では、保護板５３は、保護リング２２の外形及び大きさに対応する外形及び大きさを有する「固体（solid）」板であるが、その機能性を全く失うことなく、例えばスポーク状の外形を有するように、保護プレートがいくらか小さいこと、及び／又は保護プレートが小さな中断（interruptions）を有することが可能である。

本発明に従うバイオメトリックセンサ装置の上面図を図式的に示す。 反対の方向から図１Ａのバイオメトリックセンサ装置の上面図を図式的に示す。 フレックスホイルの一部の断面図である。 図１Ａのバイオメトリックセンサ装置の断面図である。 Ａ〜Ｃは、図１Ａのバイオメトリックセンサ装置を製造する可能な製造過程におけるステップを図式的に表す。 図１Ａのバイオメトリックセンサ装置の電気信号処理回路のブロック図である。

Claims (37)

1. 生体電気信号を容量感知するのに適したバイオメトリックセンサ装置であって、
   内面と該内面に対向する外面とを備え、第１の本体部分を有する可撓性薄層センサ本体を有し、
   前記第１の本体部分は、
   第１の導電層にある導電性検知板と、
   前記検知板と前記外面との間にある第１の非導電層と、
   第２の導電層にあって、前記外面に対向する側で前記検知板に重なり、少なくとも前記検知板の大きさに対応し且つ望ましくは前記検知板の外形を超えて投影した大きさを有し、通過開口を備える導電性遮蔽板と、
   前記検知板と前記遮蔽板との間にある第２の非導電層と、
   前記内面上の導電回路層にある導電性回路線と、
   前記遮蔽板と前記導電性回路線との間にある非導電性分離層とを有し、
   当該装置は、更に、
   前記内面上に実装された回路部品を有し、第１の入力及び出力を備えた少なくとも１つの差動増幅器を有する電気信号処理回路と、
   前記増幅器の第１の入力へ前記検知板を結合するよう、前記第２の非導電層及び前記分離層と交差して、前記遮蔽板の前記通過開口を通って延在する第１の導電性相互接続部とを有する、バイオメトリックセンサ装置。
2. 各非導電性層はカプトンから成る、請求項１記載の装置。
3. 前記センサ本体は、互いに付けられた可撓性ホイルのスタックとして実施され、
   各可撓性ホイル層は、少なくとも１つの導電層及び少なくとも１つの非導電層の組み合わせを有する、請求項１記載の装置。
4. 前記第１の導電層の周りに導電性遮蔽リングを更に有し、
   前記遮蔽リングは、前記遮蔽板へ電気的に接続される、請求項１記載の装置。
5. 前記第２の非導電層と交差する第２の導電性相互接続部の連続を更に有し、
   第２の導電性相互接続部の夫々は、前記遮蔽リング及び前記遮蔽板と接する、請求項４記載の装置。
6. 第２の導電性相互接続部の夫々は、金属ビアとして実施される、請求項５記載の装置。
7. 前記遮蔽板は、前記増幅器の出力へ電気的に接続される、請求項１記載の装置。
8. 前記増幅器の出力は、該増幅器の反転入力へ接続され、
   前記検知板は、前記増幅器の非反転入力部へ接続される、請求項７記載の装置。
9. 前記分離層と交差して、前記増幅器出力へ前記遮蔽板を結合する第３の導電性相互接続部を更に有する、請求項７記載の装置。
10. 前記遮蔽板と前記回路線との間の第３の導電層にあって、前記遮蔽板及び前記処理回路に重なる導電接地板と、
    前記遮蔽板と前記接地板との間の第３の非導電層と、
    前記接地板と前記回路線との間の第４の非導電層とを更に有する、請求項１記載の装置。
11. 前記接地板は、前記処理回路の固定電圧レベル、望ましくはゼロ電圧レベルへ電気的に接続される、請求項１０記載の装置。
12. 前記接地板は第１の開口を有し、該第１の開口を通って前記第１の導電性相互接続部は前記接地板と接触せずに延在し、
    前記接地板は第２の開口を有し、該第２の開口を通って前記第３の導電性相互接続部は前記接地板と接触せずに延在する、請求項１０記載の装置。
13. 前記回路部品は、少なくとも１つの実装されたＩＣ増幅器パッケージを有する、請求項１記載の装置。
14. 前記増幅器パッケージは、前記第１の導電性相互接続部と位置を合わせられた入力端子リードを有する、請求項１３記載の装置。
15. 前記回路部品は、少なくとも１つのベアＩＣ半導体ダイを有する、請求項１記載の装置。
16. 前記増幅器は、約１ギガオーム程度の入力インピーダンスを有する、請求項１記載の装置。
17. 前記増幅器の第１の入力と、固定電圧ライン、望ましくはゼロ電圧ラインとの間に接続される抵抗を更に有し、
    前記抵抗は、約１ギガオーム程度の抵抗値を有する、請求項１記載の装置。
18. 前記抵抗は、２又はそれ以上の抵抗の直列結合として実施される、請求項１７記載の装置。
19. 前記直列な抵抗の２つの間のノードは、前記増幅器の出力と前記固定電圧ラインとの間に接続される直列抵抗回路のノードへ接続される、請求項１８記載の装置。
20. 前記回路線は、前記検知板へ接続される全てのプリント回路線を囲む閉ループとして延在する遮蔽線を有し、
    前記遮蔽線は前記増幅器の出力へ接続される、請求項１記載の装置。
21. 前記センサ本体は、２つのウィング部と、折り畳んで該ウィング部を互いへ接続する折り目部分とを有し、
    前記検知板、前記遮蔽板及び前記処理回路は、第１のウィング部に配置され、
    第２のウィング部は、第２の導電接地板を有する、請求項１記載の装置。
    請求項１記載の装置。
22. 前記第２の接地板は、前記処理回路の固定電圧レベル、望ましくはゼロ電圧レベルへ電気的に接続される、請求項２１記載の装置。
23. 前記遮蔽板と前記回路線との間の第３の導電層にあって、前記遮蔽板及び前記処理回路に重なる第１の導電接地板と、
    前記遮蔽板と前記第１の接地板との間の第３の非導電層と、
    前記第１の接地板と前記回路線との間の第４の非導電層とを更に有し、
    前記第２の接地板は、前記第１の接地板へ電気的に接続される、請求項２１記載の装置。
24. 前記第２の接地板及び前記第１の接地板は、同一の層の一部として実施される、請求項２３記載の装置。
25. 前記折り目部分にあって、前記同一の層の一部として実施され、前記第２の接地板を前記第１の接地板へ接続する少なくとも１つの接続線を更に有する、請求項２４記載の装置。
26. 前記第１のウィング部において、前記内面上の前記導電回路層の一部として実施され、前記第１の接地板へ電気的に接続される少なくとも１つの第１の接触と、
    前記第２のウィング部において、前記内面上の前記導電回路層の一部として実施され、前記第２の接地板へ電気的に接続される少なくとも１つの第２の接触とを更に有し、
    前記第１の接触及び前記第２の接触は、前記センサ本体が前記折り目部分で固定される場合に、前記第１の接触及び前記第２の接触が実質的に互いと位置を合わせられるように位置付けられる、請求項２３記載の装置。
27. 前記第１のウィング部は、その周囲に沿って第１のスルーホールの連続を設けられ、
    前記第２のウィング部は、その周囲に沿って第２のスルーホールの連続を設けられ、
    前記第１のスルーホール及び前記第２のスルーホールは、前記センサ本体が前記折り目部分で固定される場合に、前記第１のスルーホール及び前記第２のスルーホールが実質的に互いと位置を合わせられるように位置付けられる、請求項２１記載の装置。
28. 前記２つのウィング部は共に折り畳まれて、互いに付けられる、請求項２１記載の装置。
29. 前記２つのウィング部は共に折り畳まれて、前記接触は互いへ接続される、請求項２６記載の装置。
30. 前記第１の本体部分に重なる第２の本体部分を更に有し、
    前記第２の本体部分は、
    前記遮蔽板に対向する側で前記処理回路に重なる第２の導電接地板と、
    前記接地板と前記処理回路との間の少なくとも１つの絶縁層と、
    前記接地板と当該第２の本体部分の外面との間の少なくとも１つの絶縁層とを有する、請求項１記載の装置。
31. 前記遮蔽板と前記回路線との間の第３の導電層にあって、前記遮蔽板及び前記処理回路に重なる第１の導電接地板と、
    前記遮蔽板と前記第１の接地板との間の第３の非導電層と、
    前記第１の接地板と前記回路線との間の第４の非導電層とを更に有し、
    前記第２の接地板は、前記第１の接地板へ電気的に接続される、請求項３０記載の装置。
32. 前記第１の本体部分において、前記第１の接地板へ電気的に接続される前記内面上の少なくとも１つの第１の接触と、
    前記第２の本体部分において、前記第２の接地板へ電気的に接続される前記内面上の少なくとも１つの第２の接触とを更に有し、
    前記第１の接触及び前記第２の接触は互いへ接する、請求項３１記載の装置。
33. 前記第１の接触及び前記第２の接触は、共に半田付けされる、請求項３２記載の装置。
34. その周囲に沿ってスルーホールの連続を設けられる、請求項３０記載の装置。
35. ＥＥＧ信号又はＥＣＧ信号又はＥＭＧ信号を測定するための請求項１記載の装置の使用。
36. 衣類に組み込まれる請求項１記載の装置。
37. 椅子又はベッド又は診察台又はサドル又はステアリングホイール又は保育器のような、人による使用において接触される対象の表面物質に組み込まれる、請求項１記載の装置。

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