JP3692922B2 - 生体検知装置 - Google Patents
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Description
【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12−98048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2c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HZ〜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95、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
Claims (4)
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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