JP3484355B2 - 生体検知装置 - Google Patents
生体検知装置Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
- H03K17/96—Touch switches
- H03K17/962—Capacitive touch switches
-
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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- H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
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。
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】一般によく知られた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、圧力センサ等がある。例えば、この種のセン
サとして比較的よく知られた静電容量式センサとして
は、特開平１０−１６５３８２号がある。また、人体の
有無を高周波を用いて検出する人体検出装置を本発明者
がすでに創出している（特開平９−４６２０５号）。こ
の人体検出装置は、図１に示すように、発振部１０１で
高周波信号を発生し、この高周波信号をセンサ部１０２
に送り、センサ部１０２は人体の有無により、回路イン
ピーダンスが変化するのに応じて、センサ部１０２から
の反射波レベルが変化する。この反射波レベルを検知部
１０３で検出し、制御部１０４で検出した反射波レベル
より、人体の有無を判定する。
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、圧力センサ等がある。例えば、この種のセン
サとして比較的よく知られた静電容量式センサとして
は、特開平１０−１６５３８２号がある。また、人体の
有無を高周波を用いて検出する人体検出装置を本発明者
がすでに創出している（特開平９−４６２０５号）。こ
の人体検出装置は、図１に示すように、発振部１０１で
高周波信号を発生し、この高周波信号をセンサ部１０２
に送り、センサ部１０２は人体の有無により、回路イン
ピーダンスが変化するのに応じて、センサ部１０２から
の反射波レベルが変化する。この反射波レベルを検知部
１０３で検出し、制御部１０４で検出した反射波レベル
より、人体の有無を判定する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来のタッチ
センサでは、タッチしたものが本物の指であるかどうか
を判別することができなかった。また、静電容量式セン
サや電気伝導率センサや高周波センサの一部に、指に近
い特性でないと反応しないものもあるが、意図的に指で
ないものでセンサを誤動作させることは、比較的簡単に
行うことができ、分別能力が不完全であった。また、検
出コイルを用いた人体検出装置は、接触前でも人体を検
出するので、タッチの有無を検出するのに、精度的に問
題があった。
センサでは、タッチしたものが本物の指であるかどうか
を判別することができなかった。また、静電容量式セン
サや電気伝導率センサや高周波センサの一部に、指に近
い特性でないと反応しないものもあるが、意図的に指で
ないものでセンサを誤動作させることは、比較的簡単に
行うことができ、分別能力が不完全であった。また、検
出コイルを用いた人体検出装置は、接触前でも人体を検
出するので、タッチの有無を検出するのに、精度的に問
題があった。
【０００４】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、精度良く、指等生体の接触を検出し得る
生体検出装置を提供することを目的としている。
ものであって、精度良く、指等生体の接触を検出し得る
生体検出装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明の生体検出装置
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、かつ電極を含み、この電極に前記被
検体が接触する非共振回路の電極部と、この電極部のイ
ンピーダンス変化に応じた反射波信号を出力する検知部
と、この検知部からの反射波信号と基準信号とを比較し
て、被検体が生体であるかを判断する判定部と、前記被
検体が前記生体であるかを判断するための基準信号を予
め設定しておき、この基準信号を前記判定部に与える基
準信号設定部を備えている。
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、かつ電極を含み、この電極に前記被
検体が接触する非共振回路の電極部と、この電極部のイ
ンピーダンス変化に応じた反射波信号を出力する検知部
と、この検知部からの反射波信号と基準信号とを比較し
て、被検体が生体であるかを判断する判定部と、前記被
検体が前記生体であるかを判断するための基準信号を予
め設定しておき、この基準信号を前記判定部に与える基
準信号設定部を備えている。
【０００６】この生体検出装置では、発振部より高周波
信号が電極部に供給される。被検体が指等の生体であ
り、電極に接すると、電極部のインピーダンスが変化す
る。この際のインピーダンスが電極部の入力側とマッチ
ングがとれるようにしておくこと、人体の接触の場合
に、マッチングにより反射波が小さくなる検知部で、こ
の反射波を検出し、判定部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定する。
信号が電極部に供給される。被検体が指等の生体であ
り、電極に接すると、電極部のインピーダンスが変化す
る。この際のインピーダンスが電極部の入力側とマッチ
ングがとれるようにしておくこと、人体の接触の場合
に、マッチングにより反射波が小さくなる検知部で、こ
の反射波を検出し、判定部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定する。
【０００７】
【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２は、この発明の一実施
形態指検出装置の基本構成を示すブロック図である。こ
の実施形態指検出装置は、指がタッチされたか否かを検
出するための装置であり、高周波信号を発振し、出力す
る発振部１と、１対の電極２、３と、マッチング用のト
ランス４からなる電極部５と、発振部１から電極部５に
供給された高周波信号が電極部５で反射されて来る信号
レベルを検知する検知部６と、検知された信号レベルに
より、指のタッチの有無を判定する判定部７とを備えて
いる。
明をさらに詳細に説明する。図２は、この発明の一実施
形態指検出装置の基本構成を示すブロック図である。こ
の実施形態指検出装置は、指がタッチされたか否かを検
出するための装置であり、高周波信号を発振し、出力す
る発振部１と、１対の電極２、３と、マッチング用のト
ランス４からなる電極部５と、発振部１から電極部５に
供給された高周波信号が電極部５で反射されて来る信号
レベルを検知する検知部６と、検知された信号レベルに
より、指のタッチの有無を判定する判定部７とを備えて
いる。
【０００８】図３は、図２の指検出装置の検出原理を説
明するための等価回路図である。電極２、３間に指がタ
ッチされていない場合、トランス４の２次側はオープン
状態であるが、電極２、３にタッチされると、電極２、
３の抵抗値Ｒ2 、Ｒ3 、電極２、３と指の間の静電容量
Ｃ2 、Ｃ3 、及びコンデンサＣ4 と抵抗Ｒ4 、Ｒ5 で構
成される指の等価回路ＦＥがトランス４の２次側コイル
に接続されるものとなる。電極２、３に指がタッチされ
ると、電極２、３と指の間の静電容量が増加し、指の高
周波抵抗値が基準値となることにより、指であると判定
する。指がタッチされた時のトランス４の二次側をみた
インピーダンスがマッチングの取れるものとなるように
設定することにより、例えば発振部１よりの高周波信号
が電極部５で反射されて来る反射波レベルより、指のタ
ッチの有無を判定する。具体的に指の抵抗値Ｒ4 ＋Ｒ5
が約４０Ω、電極の抵抗値Ｒ2 ＋Ｒ3 が約３０Ω、指接
着時の容量が約３０００ＰＦ、容量Ｃの抵抗分１／２π
ｆｃが１．３Ω（４０．６８ＭＨＺ）として、合計抵抗
が１０２．６Ωとする。マッチング用のトランスを約５
０：１００に設定すれば、指が置かれた時に約５０Ωと
なり、整合がとれる。整合時を指有りと認識するように
設定すると、他の物質で指相当の抵抗値が無ければ整合
が取れず、また電極と密着できる物質でなければ容量が
低下するため、Ｃの抵抗分が増加し、整合が取れない。
この時、容量が低下すると、インピーダンスの虚数成分
が増加してくるため、例え抵抗成分が合致しても、虚数
により整合が取れず、指有りと認識できない。
明するための等価回路図である。電極２、３間に指がタ
ッチされていない場合、トランス４の２次側はオープン
状態であるが、電極２、３にタッチされると、電極２、
３の抵抗値Ｒ2 、Ｒ3 、電極２、３と指の間の静電容量
Ｃ2 、Ｃ3 、及びコンデンサＣ4 と抵抗Ｒ4 、Ｒ5 で構
成される指の等価回路ＦＥがトランス４の２次側コイル
に接続されるものとなる。電極２、３に指がタッチされ
ると、電極２、３と指の間の静電容量が増加し、指の高
周波抵抗値が基準値となることにより、指であると判定
する。指がタッチされた時のトランス４の二次側をみた
インピーダンスがマッチングの取れるものとなるように
設定することにより、例えば発振部１よりの高周波信号
が電極部５で反射されて来る反射波レベルより、指のタ
ッチの有無を判定する。具体的に指の抵抗値Ｒ4 ＋Ｒ5
が約４０Ω、電極の抵抗値Ｒ2 ＋Ｒ3 が約３０Ω、指接
着時の容量が約３０００ＰＦ、容量Ｃの抵抗分１／２π
ｆｃが１．３Ω（４０．６８ＭＨＺ）として、合計抵抗
が１０２．６Ωとする。マッチング用のトランスを約５
０：１００に設定すれば、指が置かれた時に約５０Ωと
なり、整合がとれる。整合時を指有りと認識するように
設定すると、他の物質で指相当の抵抗値が無ければ整合
が取れず、また電極と密着できる物質でなければ容量が
低下するため、Ｃの抵抗分が増加し、整合が取れない。
この時、容量が低下すると、インピーダンスの虚数成分
が増加してくるため、例え抵抗成分が合致しても、虚数
により整合が取れず、指有りと認識できない。
【０００９】図４は、周波数と反射波の関係を示す図で
ある。指でタッチした時に、インピーダンスの整合が取
れるように設定してあるので、親指、小指でタッチした
時の反射波のレベルが小さい。したがって、小指の時の
検出レベルよりもやや大きいレベルを判定部７のしきい
値としておけば、判定部７で指のタッチの有無を検出で
きる。
ある。指でタッチした時に、インピーダンスの整合が取
れるように設定してあるので、親指、小指でタッチした
時の反射波のレベルが小さい。したがって、小指の時の
検出レベルよりもやや大きいレベルを判定部７のしきい
値としておけば、判定部７で指のタッチの有無を検出で
きる。
【００１０】この実施形態指検出装置によれば、指と同
様に密着できる材質であること、指と同様な抵抗成分が
あること、の２つの条件を満たさなければ指と認識しな
いので誤検知に強い。電磁界イミュニティに強い。ＩＳ
Ｍ周波数を使用しているので、電波法や放射妨害に無関
係。１ｍＷ程度の電力で十分使用でき、人体に悪影響が
ない。等の利点がある。
様に密着できる材質であること、指と同様な抵抗成分が
あること、の２つの条件を満たさなければ指と認識しな
いので誤検知に強い。電磁界イミュニティに強い。ＩＳ
Ｍ周波数を使用しているので、電波法や放射妨害に無関
係。１ｍＷ程度の電力で十分使用でき、人体に悪影響が
ない。等の利点がある。
【００１１】上記実施形態指検出装置も含め、この発明
で使用する電極２、３は、等間隔１ｍｍを挟んで左右対
象であり、図５の（ａ）に示すように、長方形である
が、図５の（ｂ）に示すカマボコ形、図６の（ｃ）に示
す三角形、図６の（ｄ）に示す出刃包丁刃形等、種々の
ものでよい。また、電極２、３と発振部１の供給側との
インピーダンス整合を取るために、図７に示すように、
トランス４を使用する。しかし、これに代えて図８に示
すように、コンデンサＣ11、Ｃ12とコイルＬとからなる
π型のインピーダンス変換回路を用いてもよい。また、
図示しないが、π型のインピーダンス変換回路に代え
て、Ｔ型、Ｌ型のインピーダンス変換回路を用いてもよ
い。
で使用する電極２、３は、等間隔１ｍｍを挟んで左右対
象であり、図５の（ａ）に示すように、長方形である
が、図５の（ｂ）に示すカマボコ形、図６の（ｃ）に示
す三角形、図６の（ｄ）に示す出刃包丁刃形等、種々の
ものでよい。また、電極２、３と発振部１の供給側との
インピーダンス整合を取るために、図７に示すように、
トランス４を使用する。しかし、これに代えて図８に示
すように、コンデンサＣ11、Ｃ12とコイルＬとからなる
π型のインピーダンス変換回路を用いてもよい。また、
図示しないが、π型のインピーダンス変換回路に代え
て、Ｔ型、Ｌ型のインピーダンス変換回路を用いてもよ
い。
【００１２】また、上記実施形態指検出装置の電極部５
をはじめ、発振部１、検出部６、判定部７の各回路は、
一体的なケースに収納されるものであるが、他の実施形
態として、図９に示すように、電極部５と、その他の回
路部１１とは別体で構成し、この電極部５と他の回路部
１１をケーブル１２で接続し、いわゆる分離型の指検出
装置としてもよい。他の回路部１１には、もちろん発振
部１、検出部６、判定部７が収容される。設置場所が狭
い場合に有効である。この実施形態指検出装置の回路構
成を図１０に示す。ケーブル１２は同軸ケーブルを使用
し、マッチング用のトランス４は電極部５側に設ける。
をはじめ、発振部１、検出部６、判定部７の各回路は、
一体的なケースに収納されるものであるが、他の実施形
態として、図９に示すように、電極部５と、その他の回
路部１１とは別体で構成し、この電極部５と他の回路部
１１をケーブル１２で接続し、いわゆる分離型の指検出
装置としてもよい。他の回路部１１には、もちろん発振
部１、検出部６、判定部７が収容される。設置場所が狭
い場合に有効である。この実施形態指検出装置の回路構
成を図１０に示す。ケーブル１２は同軸ケーブルを使用
し、マッチング用のトランス４は電極部５側に設ける。
【００１３】図１１は、分離型の指検出装置の回路構成
の他の例を示すブロック図である。この指検出装置は、
ケーブル１２として平衡線を使用し、他の回路部１１側
にトランス４を配置する点で、図１０に示すものと相違
する。図１２は、上記実施形態指検出装置において、ト
ランス４を除いた電極構造を示す図である。図１２にお
いて、（ａ）が平面図、（ｂ）が断面図である。図１２
において、ガラス板１３上にＩＴＯ膜である電極２、３
が形成され、電極２、３を保護層であるＳｉＯ2 膜１４
で被覆している。保護面からいうと、ＳｉＯ2膜１４は
厚い方がよいが、膜厚が厚いと容量Ｃ成分が取れなくな
るので、薄い膜が望まれる。現状では、ＳｉＯ2 膜１４
の膜厚を１５００Ａとしている。
の他の例を示すブロック図である。この指検出装置は、
ケーブル１２として平衡線を使用し、他の回路部１１側
にトランス４を配置する点で、図１０に示すものと相違
する。図１２は、上記実施形態指検出装置において、ト
ランス４を除いた電極構造を示す図である。図１２にお
いて、（ａ）が平面図、（ｂ）が断面図である。図１２
において、ガラス板１３上にＩＴＯ膜である電極２、３
が形成され、電極２、３を保護層であるＳｉＯ2 膜１４
で被覆している。保護面からいうと、ＳｉＯ2膜１４は
厚い方がよいが、膜厚が厚いと容量Ｃ成分が取れなくな
るので、薄い膜が望まれる。現状では、ＳｉＯ2 膜１４
の膜厚を１５００Ａとしている。
【００１４】電極２、３の形状は、図１２も含め、図
５、図６で面積のある平板状としているが、他の形状と
して、図１３に示すように、棒状線の電極２、３として
もよい。この電極２、３は自動車の窓ガラス１５の上部
に設置し、挟み込み防止センサとすることができる。こ
こで、窓１５の上部側部及び上部全体に棒状の電極２、
３を展設している。
５、図６で面積のある平板状としているが、他の形状と
して、図１３に示すように、棒状線の電極２、３として
もよい。この電極２、３は自動車の窓ガラス１５の上部
に設置し、挟み込み防止センサとすることができる。こ
こで、窓１５の上部側部及び上部全体に棒状の電極２、
３を展設している。
【００１５】上記実施形態指検出装置の電極２、３間の
静電容量は、図１２で示すＳｉＯ2膜１４の膜厚にも依
存するが、生体以外の他の物質（固形物）が電極２、３
に密着した時は、５００ＰＦ程にしか容量が上昇しな
い。生体の密着時は３０００ＰＦ程になる。よって、５
００ＰＦ程を境界とし、生体密着時は５００ＰＦとなる
ように設計する。
静電容量は、図１２で示すＳｉＯ2膜１４の膜厚にも依
存するが、生体以外の他の物質（固形物）が電極２、３
に密着した時は、５００ＰＦ程にしか容量が上昇しな
い。生体の密着時は３０００ＰＦ程になる。よって、５
００ＰＦ程を境界とし、生体密着時は５００ＰＦとなる
ように設計する。
【００１６】この実施形態指検出装置において、タッチ
センサとして照明を併用する場合や指紋照合と併用する
場合などは、光を通過する必要があるために、電極２、
３の透過率を５０％以上とする。この時、電極２、３
は、例えばＩＴＯ膜を使用する。光を通過させる必要の
ない場合は、電極２、３の材質は高周波良導体が望まし
い。特に、電極の全長が長い場合は、良導体である必要
がある。高周波良導体の材料として、銀、金、銅、アル
ミ等がある。光を通過させる必要がある場合や、電極長
が短い場合は、電極２、３の材質は半導体でも検知可能
である。
センサとして照明を併用する場合や指紋照合と併用する
場合などは、光を通過する必要があるために、電極２、
３の透過率を５０％以上とする。この時、電極２、３
は、例えばＩＴＯ膜を使用する。光を通過させる必要の
ない場合は、電極２、３の材質は高周波良導体が望まし
い。特に、電極の全長が長い場合は、良導体である必要
がある。高周波良導体の材料として、銀、金、銅、アル
ミ等がある。光を通過させる必要がある場合や、電極長
が短い場合は、電極２、３の材質は半導体でも検知可能
である。
【００１７】電極部５は、周波数を変化させて反射波レ
ベルを取ると、図１４に示すように、レベルが小さくな
る周波数があり、自己共振周波数を有する。その周波数
は電極にも依存するが、小さめの電極であってもほぼ３
００ＭＨＺ程で電極の自己共振周波数が存在する。よっ
て使用周波数は３００ＭＨＺよりも小さくすることが望
ましい。
ベルを取ると、図１４に示すように、レベルが小さくな
る周波数があり、自己共振周波数を有する。その周波数
は電極にも依存するが、小さめの電極であってもほぼ３
００ＭＨＺ程で電極の自己共振周波数が存在する。よっ
て使用周波数は３００ＭＨＺよりも小さくすることが望
ましい。
【００１８】この実施形態指検出装置は、共振レスで広
い周波数帯が使用可能であるが、図４に示すように、周
波数の高低において、物質による特性が異なる。それゆ
え、周波数切替手段を付設し、複数の周波数を使用する
と、センサの分離能力が向上する。図１５は、上記実施
形態指検出装置の検知部６の具体回路を示す回路接続図
である。発振部１が接続される端子２１と、電極部５が
接続される端子２３間に、Ｍ結合コイル２２の一次巻線
（巻数Ｎ1 ）が接続され、Ｍ結合コイル２２の二次数
（巻数Ｎ2 ）の両端に抵抗値Ｒ（Ｒ＝５１Ω）の抵抗２
４が接続され、抵抗２４の一端（Ｃ）が接地接続されて
いる。抵抗２４の他端（Ａ）に、Ｍ結合コイル２５の一
次巻数（巻数Ｎ1 ）の一端が接続され、Ｍ結合コイル２
５の一次巻数の他端（Ｂ）がダイオード２６のカソード
に接続されるとともに、ダイオード２７のアノードに接
続されている。ダイオード２７のカソードがコンデンサ
２８の一端に接続されるとともに、出力端子２９に接続
されている。ダイオード２６のアノードとコンデンサ２
８の他端は接地接続されている。ダイオード２６、２７
とコンデンサ２８で整流回路（検波回路）を構成してい
る。また、Ｍ結合コイル２５の二次巻数は端子２１と接
地間に接続されている。
い周波数帯が使用可能であるが、図４に示すように、周
波数の高低において、物質による特性が異なる。それゆ
え、周波数切替手段を付設し、複数の周波数を使用する
と、センサの分離能力が向上する。図１５は、上記実施
形態指検出装置の検知部６の具体回路を示す回路接続図
である。発振部１が接続される端子２１と、電極部５が
接続される端子２３間に、Ｍ結合コイル２２の一次巻線
（巻数Ｎ1 ）が接続され、Ｍ結合コイル２２の二次数
（巻数Ｎ2 ）の両端に抵抗値Ｒ（Ｒ＝５１Ω）の抵抗２
４が接続され、抵抗２４の一端（Ｃ）が接地接続されて
いる。抵抗２４の他端（Ａ）に、Ｍ結合コイル２５の一
次巻数（巻数Ｎ1 ）の一端が接続され、Ｍ結合コイル２
５の一次巻数の他端（Ｂ）がダイオード２６のカソード
に接続されるとともに、ダイオード２７のアノードに接
続されている。ダイオード２７のカソードがコンデンサ
２８の一端に接続されるとともに、出力端子２９に接続
されている。ダイオード２６のアノードとコンデンサ２
８の他端は接地接続されている。ダイオード２６、２７
とコンデンサ２８で整流回路（検波回路）を構成してい
る。また、Ｍ結合コイル２５の二次巻数は端子２１と接
地間に接続されている。
【００１９】この反射波の検知部６において、Ｍ結合コ
イル２２の一次側から見た抵抗は、Ｒ（Ｎ1 ／Ｎ）2 と
なる。端子２３での抵抗を５０Ωとすると、端子２１で
の抵抗は５０＋Ｒ（Ｎ1 ／Ｎ）2 となる。また、Ｍ結合
コイル２２の二次側に得られる電力は、ＰＲ（Ｎ1 ／
Ｎ）2 ／５０＋Ｒ（Ｎ1 ／Ｎ）2 となり、ＡＣ間電圧は
√ＰＲ2 （Ｎ1 ／Ｎ）2 ／５０＋Ｒ（Ｎ1 ／Ｎ）2 とな
り、ＡＢ間電圧はＮ1 ／Ｎ2 √５０Ｐ＋ＰＲ（Ｎ1 ／
Ｎ）2 となる。Ｍ結合コイル２２の二次側に導出された
反射波信号は、ダイオード２６、２７、コンデンサ２８
の整流回路で整流されて出力端子２９より出力される。
イル２２の一次側から見た抵抗は、Ｒ（Ｎ1 ／Ｎ）2 と
なる。端子２３での抵抗を５０Ωとすると、端子２１で
の抵抗は５０＋Ｒ（Ｎ1 ／Ｎ）2 となる。また、Ｍ結合
コイル２２の二次側に得られる電力は、ＰＲ（Ｎ1 ／
Ｎ）2 ／５０＋Ｒ（Ｎ1 ／Ｎ）2 となり、ＡＣ間電圧は
√ＰＲ2 （Ｎ1 ／Ｎ）2 ／５０＋Ｒ（Ｎ1 ／Ｎ）2 とな
り、ＡＢ間電圧はＮ1 ／Ｎ2 √５０Ｐ＋ＰＲ（Ｎ1 ／
Ｎ）2 となる。Ｍ結合コイル２２の二次側に導出された
反射波信号は、ダイオード２６、２７、コンデンサ２８
の整流回路で整流されて出力端子２９より出力される。
【００２０】検知部６の他の例として、電極部５に供給
される電力の電圧や電流を検出してもよい。その回路例
を図１６に示す。図１６において、端子２１ａ、２１ｂ
には、発振部が接続される。端子２１には、コンデンサ
３１の一端が接続され、コンデンサ３１の他端はダイオ
ード３２のカソードに接続されるとともに、ダイオード
３３のアノードに接続されている。ダイオード３２のア
ノードは接地接続されている。ダイオード３３のカソー
ドがコンデンサ３４の一端に接続されるともに、出力端
子３８に接続され、コンデンサ３４の他端は接地接続さ
れている。出力端子３８から電圧出力が得られる。
される電力の電圧や電流を検出してもよい。その回路例
を図１６に示す。図１６において、端子２１ａ、２１ｂ
には、発振部が接続される。端子２１には、コンデンサ
３１の一端が接続され、コンデンサ３１の他端はダイオ
ード３２のカソードに接続されるとともに、ダイオード
３３のアノードに接続されている。ダイオード３２のア
ノードは接地接続されている。ダイオード３３のカソー
ドがコンデンサ３４の一端に接続されるともに、出力端
子３８に接続され、コンデンサ３４の他端は接地接続さ
れている。出力端子３８から電圧出力が得られる。
【００２１】端子２１ａには、Ｍ結合コイル３５の一次
巻数の一端が接続され、この一次巻数の他端が電極部３
のトランス４に接続されている。Ｍ結合コイル３５の二
次巻数の一端にダイオード３６のアノードが接続され、
他端は接地接続されている。ダイオード３６のカソード
はコンデンサ３７の一端に接続されるとともに、出力端
子３９に接続されている。コンデンサ３７の他端は接地
接続されている。出力端子３９には、電流出力が得られ
る。電圧と電流の出力は、いずれか一方のみであっても
よい。
巻数の一端が接続され、この一次巻数の他端が電極部３
のトランス４に接続されている。Ｍ結合コイル３５の二
次巻数の一端にダイオード３６のアノードが接続され、
他端は接地接続されている。ダイオード３６のカソード
はコンデンサ３７の一端に接続されるとともに、出力端
子３９に接続されている。コンデンサ３７の他端は接地
接続されている。出力端子３９には、電流出力が得られ
る。電圧と電流の出力は、いずれか一方のみであっても
よい。
【００２２】なお、検知部６では一般的に、その直後で
検波し、直流に変換してオペアンプ等で増幅していた。
しかし、コストダウンのため、安価なオペアンプを単電
源で使用し、増幅率を高く設定するため、オペアンプの
オフセット電圧が増幅されて、出力電圧のオフセット電
圧が高くなり、制御部（判定部）における分解能が低下
していた。そこで、図１７に示すように、検知器６の直
後に、高周波増幅器８を設けることにより、検波をし、
直流変換した時の電圧が高くなるので、オペアンプの増
幅率を下げることやオペアンプそのものを無くすことも
可能である。したがって、センサとしての分解能が向上
する。図１８は、従来の一般的な検知部の回路例であ
り、図１９は図１７の具体回路図である。つまり、ダイ
オード２６、２７で検波する前に増幅器８を設け、信号
を増幅している。増幅器８はＩＣでも、あるいはトラン
ジスタやＦＥＴで回路を組んでもよい。
検波し、直流に変換してオペアンプ等で増幅していた。
しかし、コストダウンのため、安価なオペアンプを単電
源で使用し、増幅率を高く設定するため、オペアンプの
オフセット電圧が増幅されて、出力電圧のオフセット電
圧が高くなり、制御部（判定部）における分解能が低下
していた。そこで、図１７に示すように、検知器６の直
後に、高周波増幅器８を設けることにより、検波をし、
直流変換した時の電圧が高くなるので、オペアンプの増
幅率を下げることやオペアンプそのものを無くすことも
可能である。したがって、センサとしての分解能が向上
する。図１８は、従来の一般的な検知部の回路例であ
り、図１９は図１７の具体回路図である。つまり、ダイ
オード２６、２７で検波する前に増幅器８を設け、信号
を増幅している。増幅器８はＩＣでも、あるいはトラン
ジスタやＦＥＴで回路を組んでもよい。
【００２３】使用環境によっては、電極部５から外来ノ
イズが回路内部に混入し、誤動作をする可能性がある。
特に、検知部６の出力電圧にノイズが混入すると、セン
サの出力に対する影響が大きい。イミュニティ強度を上
げるため、図１９の高周波増幅器８に使用周波数でのフ
ィルタを設け、他周波数の成分を減少させる。また、検
知部６の出力波形がフィルタによって整形させるため、
高周波成分が減少し、センサの精度が向上する。図２０
にその回路を示す。図１９の高周波増幅器８として、狭
帯域高周波増幅器８ａを採用したものである。
イズが回路内部に混入し、誤動作をする可能性がある。
特に、検知部６の出力電圧にノイズが混入すると、セン
サの出力に対する影響が大きい。イミュニティ強度を上
げるため、図１９の高周波増幅器８に使用周波数でのフ
ィルタを設け、他周波数の成分を減少させる。また、検
知部６の出力波形がフィルタによって整形させるため、
高周波成分が減少し、センサの精度が向上する。図２０
にその回路を示す。図１９の高周波増幅器８として、狭
帯域高周波増幅器８ａを採用したものである。
【００２４】図２１に示すように、検知部６と判定部７
の間に、使用周波数でのフィルタ９を設けることで、そ
の他の周波数成分が電極部５から混入した場合でもフィ
ルタにより、その他の周波数成分を取り除くことができ
る。これにより、センサが誤動作しないとともに、使用
周波数の検知信号を選択的に取り出すので、センサの感
度が向上する。
の間に、使用周波数でのフィルタ９を設けることで、そ
の他の周波数成分が電極部５から混入した場合でもフィ
ルタにより、その他の周波数成分を取り除くことができ
る。これにより、センサが誤動作しないとともに、使用
周波数の検知信号を選択的に取り出すので、センサの感
度が向上する。
【００２５】図２２に、フィルタ９の具体回路例を示
す。図２２の（ａ）はローパスフィルタ（ＬＰＦ）の、
図２２の（ｂ）はハイパスフィルタ（ＨＰＦ）の、図２
２の（ｃ）はバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）の、それぞ
れ回路例である。図２３は、判定部７の回路例である。
比較器４１で検知電圧と判定基準電圧を比較している
が、検知部からの信号をオペアンプ４２で増幅し、比較
器４１に入力している。なお、オペアンプ４２に検知部
で使用した検波用のダイオードと同じダイオード４３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。
す。図２２の（ａ）はローパスフィルタ（ＬＰＦ）の、
図２２の（ｂ）はハイパスフィルタ（ＨＰＦ）の、図２
２の（ｃ）はバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）の、それぞ
れ回路例である。図２３は、判定部７の回路例である。
比較器４１で検知電圧と判定基準電圧を比較している
が、検知部からの信号をオペアンプ４２で増幅し、比較
器４１に入力している。なお、オペアンプ４２に検知部
で使用した検波用のダイオードと同じダイオード４３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。
【００２６】図２４は、他の実施形態指検出装置を示す
ブロック図である。発振部１からの出力を判定部７に入
力し、この発振部１の出力を判定部７に設ける検波回路
７ａで検波し、判定基準電圧として使用する。発振器１
の出力が変動して、検知部６の検知出力が変動しても、
それに対応して基準電圧も変動する。これにより、発振
器の変動に対応でき、また発振器の発振停止等、故障時
においても、センサが誤検知することがない。
ブロック図である。発振部１からの出力を判定部７に入
力し、この発振部１の出力を判定部７に設ける検波回路
７ａで検波し、判定基準電圧として使用する。発振器１
の出力が変動して、検知部６の検知出力が変動しても、
それに対応して基準電圧も変動する。これにより、発振
器の変動に対応でき、また発振器の発振停止等、故障時
においても、センサが誤検知することがない。
【００２７】図２５は、さらに他の実施形態指検出装置
を示すブロック図である。周囲環境の温度変化によっ
て、検知部６の検波用のダイオードの出力電圧は変動す
る。そのため、ここでは判定部７において、判定基準電
圧を発振部１からの出力を検波して用い、この検波回路
に検知部６の検波用ダイオードと同一のものを使用する
ことによって、温度変化に対し、安定した判定が可能と
なる。
を示すブロック図である。周囲環境の温度変化によっ
て、検知部６の検波用のダイオードの出力電圧は変動す
る。そのため、ここでは判定部７において、判定基準電
圧を発振部１からの出力を検波して用い、この検波回路
に検知部６の検波用ダイオードと同一のものを使用する
ことによって、温度変化に対し、安定した判定が可能と
なる。
【００２８】図２６は、さらに他の実施形態指検出装置
を示すブロック図である。この実施形態では、判定部７
に温度センサ１０を設けている。この温度センサ１０の
出力信号により、判定部７では判定基準電圧を変化さ
せ、検知部６の検波用ダイオードの温度特性を補正して
いる。これにより安定した判定が可能となる。なお、判
定部７では、図２７に示すように、周波数に対応した判
定基準値を設け、電極部５から外来ノイズなどで検知部
の出力信号が増加した時に、センサが誤動作しないよう
に、判定基準から信号レベルが下回る時に判定を行う。
を示すブロック図である。この実施形態では、判定部７
に温度センサ１０を設けている。この温度センサ１０の
出力信号により、判定部７では判定基準電圧を変化さ
せ、検知部６の検波用ダイオードの温度特性を補正して
いる。これにより安定した判定が可能となる。なお、判
定部７では、図２７に示すように、周波数に対応した判
定基準値を設け、電極部５から外来ノイズなどで検知部
の出力信号が増加した時に、センサが誤動作しないよう
に、判定基準から信号レベルが下回る時に判定を行う。
【００２９】図２８は、この発明のさらに他の実施形態
指検出装置を示すブロック図である。発振部１と検知部
６の間にアッテネータ６０を設けている。発振部１の出
力は生体の有無による負荷のインピーダンスの変化に対
し、常に安定した出力を保つ必要がある。負荷インピー
ダンスのミスマッチングの時でもアッテネータ６０を設
けることにより、発振部１の負荷変動が軽減され、安定
した出力が可能である。アッテネータは損失分が大きい
程、発振部の安定動作が補償されるが、損失分が大きけ
れば通過する電力の損失も増加するので、５０％程が適
当である。
指検出装置を示すブロック図である。発振部１と検知部
６の間にアッテネータ６０を設けている。発振部１の出
力は生体の有無による負荷のインピーダンスの変化に対
し、常に安定した出力を保つ必要がある。負荷インピー
ダンスのミスマッチングの時でもアッテネータ６０を設
けることにより、発振部１の負荷変動が軽減され、安定
した出力が可能である。アッテネータは損失分が大きい
程、発振部の安定動作が補償されるが、損失分が大きけ
れば通過する電力の損失も増加するので、５０％程が適
当である。
【００３０】図２９は、この発明のさらに他の実施形態
指検出装置を示すブロック図である。発振部１と検知部
６の間に自動利得制御部６１を設けている。自動利得制
御回路６１によって、発振部１の出力を安定させて、電
極部５に与えている。これにより、検出精度が向上す
る。図３０は、図２９の回路にさらに温度センサ６２を
加えたものである。検出部６の検波用ダイオードの温度
特性を補償するため、温度センサ６２と自動利得制御回
路６１を設け、温度が低下すると、発振器１の出力電力
を上昇させる。このことによって、ダイオードの温度補
償が可能である。
指検出装置を示すブロック図である。発振部１と検知部
６の間に自動利得制御部６１を設けている。自動利得制
御回路６１によって、発振部１の出力を安定させて、電
極部５に与えている。これにより、検出精度が向上す
る。図３０は、図２９の回路にさらに温度センサ６２を
加えたものである。検出部６の検波用ダイオードの温度
特性を補償するため、温度センサ６２と自動利得制御回
路６１を設け、温度が低下すると、発振器１の出力電力
を上昇させる。このことによって、ダイオードの温度補
償が可能である。
【００３１】図３１は、この発明のさらに他の実施形態
指検出装置を示すブロック図である。電極部５にヒータ
６３を設け、このヒータ６３上に、電極２、３を形成し
ている。温度スイッチ６４によって、電極２、３の温度
が一定に保たれるようにしている。電極部５は、生体が
接する場所であるが、氷点下におよぶ低温時には、電極
２、３に接する生体が危険である。電極部５にヒータ６
３と温度センサ６４を設け、低温時は電極部を温める。
指検出装置を示すブロック図である。電極部５にヒータ
６３を設け、このヒータ６３上に、電極２、３を形成し
ている。温度スイッチ６４によって、電極２、３の温度
が一定に保たれるようにしている。電極部５は、生体が
接する場所であるが、氷点下におよぶ低温時には、電極
２、３に接する生体が危険である。電極部５にヒータ６
３と温度センサ６４を設け、低温時は電極部を温める。
【００３２】
【発明の効果】この発明によれば、電極に人体が接触す
ると回路インピーダンスが変化し、そのインピーダンス
に応じた信号を検出し、この検出信号により接触の有無
を判定するものであるから、本物の指でないと反応せ
ず、他の物で接触した場合と確実に区別できる。温度
特性が安定している。調整が不要である。セキュリ
ティ度が強い。生体（指）の偽造が困難である。電
磁界イミュニティに強い。低電力使用により、生体へ
の影響が非常に少ない。等の効果がある。
ると回路インピーダンスが変化し、そのインピーダンス
に応じた信号を検出し、この検出信号により接触の有無
を判定するものであるから、本物の指でないと反応せ
ず、他の物で接触した場合と確実に区別できる。温度
特性が安定している。調整が不要である。セキュリ
ティ度が強い。生体（指）の偽造が困難である。電
磁界イミュニティに強い。低電力使用により、生体へ
の影響が非常に少ない。等の効果がある。
【図１】従来の人体検知装置の構成を示すブロック図で
ある。
ある。
【図２】この発明の一実施形態指検出装置の基本構成を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図３】同実施形態指検出装置の電極部の等価回路を示
す回路図である。
す回路図である。
【図４】同実施形態指検出装置における電極への接触物
別による周波数−反射波の特性を示す図である。
別による周波数−反射波の特性を示す図である。
【図５】同実施形態指検出装置に使用する電極の形状を
示す図である。
示す図である。
【図６】同実施形態指検出装置に使用する電極の他の形
状を示す図である。
状を示す図である。
【図７】同実施形態指検出装置の電極のみの回路図であ
る。
る。
【図８】同実施形態指検出装置に使用する電極部の他の
例を示す回路図である。
例を示す回路図である。
【図９】この発明の他の実施形態指検出装置を示す概略
図である。
図である。
【図１０】同実施形態指検出装置の回路例を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【図１１】図９に示す実施形態指検出装置の他の回路例
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図１２】上記各実施形態指検出装置で使用する電極の
構造を示す図である。
構造を示す図である。
【図１３】この発明のさらに他の実施形態指検出装置を
示す概略図である。
示す概略図である。
【図１４】この実施形態指検出装置で使用する電極部の
周波数−反射波特性を示す図である。
周波数−反射波特性を示す図である。
【図１５】上記実施形態指検出装置の検知部の具体例を
示す回路図である。
示す回路図である。
【図１６】上記実施形態指検出装置の検知部の他の具体
例を示す回路図である。
例を示す回路図である。
【図１７】この発明のさらに他の実施形態指検出装置を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図１８】図１に示す人体検出装置の検知部の具体回路
を示す回路接続図である。
を示す回路接続図である。
【図１９】図１７に示す実施形態指検出装置の検知部、
高周波増幅器の具体回路を示す回路接続図である。
高周波増幅器の具体回路を示す回路接続図である。
【図２０】この発明のさらに他の実施形態指検出装置を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図２１】この発明のさらに他の実施形態指検出装置を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図２２】図２１に示す実施形態指検出装置のフィルタ
の具体例を示す回路接続図である。
の具体例を示す回路接続図である。
【図２３】上記実施形態指検出装置に使用可能な判定部
の具体回路を示す回路図である。
の具体回路を示す回路図である。
【図２４】この発明のさらに他の実施形態指検出装置を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図２５】この発明のさらに他の実施形態指検出装置を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図２６】この発明のさらに他の実施形態指検出装置を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図２７】上記各実施形態指検出装置の判定部の判定基
準値を説明するための周波数−反射波特性を示す図であ
る。
準値を説明するための周波数−反射波特性を示す図であ
る。
【図２８】この発明のさらに他の実施形態指検出装置を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図２９】この発明のさらに他の実施形態指検出装置を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図３０】この発明のさらに他の実施形態指検出装置を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図３１】この発明のさらに他の実施形態指検出装置を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
１ 発振部
２、３ 電極
４ トランス
５ 電極部
６ 検知部
７ 判定部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01V 3/10
A61B 5/05
Claims (31)
- 【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、かつ電極を含み、この電極
に前記被検体が接触する非共振回路の電極部と、この電
極部のインピーダンス変化に応じた反射波信号を出力す
る検知部と、この検知部からの反射波信号と基準信号と
を比較して、被検体が生体であるかを判断する判定部
と、前記被検体が前記生体であるかを判断するための基
準信号を予め設定しておき、この基準信号を前記判定部
に与える基準信号設定部を有することを特徴とする生体
検知装置。 - 【請求項２】前記電極部は、前記電極と生体との密着に
より、前記電極と生体間の容量が増加するものであり、
かつ前記電極と生体間の容量と生体の高周波における実
数値と電極を含む回路の抵抗分とによるインピーダンス
が、使用周波数での発振器の出力のインピーダンスとで
整合が採られている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】前記電極部は、前記電極と生体との密着が
不十分であった時は、前記電極と生体間の容量が十分に
増加せず、容量によるインピーダンスの虚数成分の増加
により実数値の整合がとれても虚数による不整合によ
り、前記判定部は生体であると判断しないことを特徴と
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】前記検知部の出力信号により、前記電極に
密着している面積を判定し、指の種類を判別することを
特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載の生体
検知装置。 - 【請求項５】前記電極部の電極は、一対であり、対称型
であることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３
又は請求項４記載の生体検知装置。 - 【請求項６】前記電極部の一対の電極は、等間隔で分離
されていることを特徴とする請求項６記載の生体検知装
置。 - 【請求項７】前記電極部は、被検体が接触する複数の電
極と、この電極に電力を供給するとともにインピーダン
ス整合を行うトランスとからなることを特徴とする請求
項１、請求項２、請求項３又は請求項４記載の生体検知
装置。 - 【請求項８】前記電極部は、被検体が接触する複数の電
極と、この電極に電力を供給するとともにインピーダン
ス整合を行うコイルとコンデンサからなる整合回路を設
けることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又
は請求項４記載の生体検知装置。 - 【請求項９】前記電極部は、他の回路と分離し、他の回
路部が内蔵される本体から分離構造としたことを特徴と
する請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４記載の
生体検知装置。 - 【請求項１０】前記電極部の電極は、薄膜でコーティン
グされることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項
３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項
８又は請求項９記載の生体検知装置。 - 【請求項１１】前記電極部と生体間の容量は５００ＰＦ
以上となることを特徴とする請求項１、請求項２、請求
項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求
項８、請求項９又は請求項１０記載の生体検知装置。 - 【請求項１２】前記電極部の電極は、光の透過量が５０
％以上であることを特徴とする請求項１、請求項２、請
求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請
求項８、請求項９又は請求項１０記載の生体検知装置。 - 【請求項１３】前記電極部の電極は、高周波良導体であ
ることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請
求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請
求項９又は請求項１０記載の生体検知装置。 - 【請求項１４】前記電極部の電極は、高周波損失の大き
な半導体であることを特徴とする請求項１、請求項２、
請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、
請求項８、請求項９又は請求項１０記載の生体検知装
置。 - 【請求項１５】前記電極部の電極は、棒状であることを
特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、
請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９又
は請求項１０記載の生体検知装置。 - 【請求項１６】前記発振部の発振周波数は、０．１〜３
００ＭＨｚまでの間であることを特徴とする請求項１、
請求項２、請求項３又は請求項４記載の生体検知装置。 - 【請求項１７】前記発振部の発振周波数は、複数の周波
数を使用するものであることを特徴とする請求項１、請
求項２、請求項３又は請求項４記載の生体検知装置。 - 【請求項１８】前記検知部は、反射波の電力もしくはＳ
ＷＲ値を電圧に変換して出力することを特徴とする請求
項１、請求項２、請求項３又は請求項４記載の生体検知
装置。 - 【請求項１９】前記検知部は、前記電極部の電圧や電流
を検出し、この電圧又は電流により生体の有無を検知す
ることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は
請求項４記載の生体検知装置。 - 【請求項２０】前記検知部は、高周波増幅器を設けたこ
とを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求
項４記載の生体検知装置。 - 【請求項２１】前記検知部は、狭帯域の高周波増幅器を
設けたことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３
又は請求項４記載の生体検知装置。 - 【請求項２２】前記検知部は、使用周波数を選択的に通
過させるフィルムを設けたことを特徴とする請求項１、
請求項２、請求項３又は請求項４記載の生体検知装置。 - 【請求項２３】前記判定部は、前記検知部と同じダイオ
ードを使用し、温度補償を行うことを特徴とする請求項
１、請求項２、請求項３又は請求項４記載の生体検知装
置。 - 【請求項２４】前記判定部は、判定基準信号を前記発振
部の出力信号から取り出していることを特徴とする請求
項１、請求項２、請求項３又は請求項４記載の生体検知
装置。 - 【請求項２５】前記判定部は、判定基準信号について高
周波から検波する時、前記検出部と同じ整流素子を使用
したことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又
は請求項４記載の生体検知装置。 - 【請求項２６】前記判定部は、前記検知部の出力信号が
判定基準信号より低い時に密着しているものが生体であ
ると判定することを特徴とする請求項１、請求項２、請
求項３又は請求項４記載の生体検知装置。 - 【請求項２７】前記発振部と前記検知部の間に抵抗体の
アッテネータを有することを特徴とする請求項１、請求
項２、請求項３又は請求項４記載の生体検知装置。 - 【請求項２８】前記アッテネータは、通過する出力の５
０％を消費するものであることを特徴とする請求項２７
記載の生体検知装置。 - 【請求項２９】前記検知部と前記発振部の間に、自動利
得制御回路を有することを特徴とする請求項１、請求項
２、請求項３又は請求項４記載の生体検知装置。 - 【請求項３０】温度検出手段と利得制御回路を有し、使
用温度により利得を制御することを特徴とする請求項
１、請求項２、請求項３又は請求項４記載の生体検知装
置。 - 【請求項３１】温度検出手段と前記電極部に加温手段を
有し、使用温度により電極部の生体接触部を加温するこ
とを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求
項４記載の生体検知装置。
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