JP4732990B2

JP4732990B2 - 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

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Publication number: JP4732990B2
Application number: JP2006252253A
Authority: JP
Inventors: 浩季森村; 俊重島村; 智志重松; 衛中西
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2006-09-19
Filing date: 2006-09-19
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2026-09-19
Also published as: JP2008073073A

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２３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、検出素子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。

検出素子１は、検出電極１２を介して被検体１０と電気的に接触し、被検体１０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１０が生体の場合、被検体１０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、検体１０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と検出素子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として検出素子１に印加し、抵抗素子Ｒｓの一端すなわち抵抗素子Ｒｓと検出素子１との接続点から、検出素子１のインピーダンスＺｆ、ここでは被検体１０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１０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１０が検出素子１に接触した場合、供給信号生成部２からの供給信号２Ｓに基づいて検出素子１に印加されている印加信号１Ｓが、被検体１０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１０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２４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的な方法を説明する。図２４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２３と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。

図２４において、検出素子１には、被検体１０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３２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。

検出素子１において、検出電極１１は接地電位などの共通電位に接続され、検出電極１２は応答信号生成部３の電流−電圧変換回路３２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３２は、供給信号生成部２と検出素子１０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１０に印加し、その際に検出素子１を介して被検体１０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１０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１０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２４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１０が、検出素子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３２の出力段に接続される。ここで被検体１０に固有のインピーダンスは、検出素子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３２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３２の出力インピーダンスと被検体１０に固有のインピーダンスとで分圧される。そして、被検体１０に流れる電流が、各被検体１０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２５は、図２４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１０に印加される。応答信号３Ｓは、被検体１０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４Ｓ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２６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２６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２３と同じまたは同等部分には同一名を付してある。
なお、図２６の検出素子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２３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４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４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２７は、図２６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１０に印加される。応答信号３Ｓは、被検体１０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。

国際公開０５／０１６１４６号パンフレット

しかしながら、このような従来技術では、被検体のインピーダンスが小さい場合から大きい場合まで、安定して高精度に応答信号の位相差や振幅を検出することが難しく、インピーダンス検出装置としての入力ダイナミックレンジが小さいという問題があった。

前述した図２４や図２６において、例えば被検体１０のインピーダンスが非常に小さい場合、電流−電圧変換回路３２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３２の出力インピーダンスと被検体１０のインピーダンスとで分圧されるため、応答信号３Ｓの電位が非常に低くなってしまい、応答信号３Ｓの位相差や振幅を検出するのが困難となってしまう。
一方、これを防ぐために、電流−電圧変換回路３２の出力インピーダンスを小さく設定した場合、被検体１０のインピーダンスが大きい場合に、応答信号３Ｓの電位は殆ど供給信号２Ｓと等しくなってしまい、結果として、応答信号３Ｓの位相差や振幅を検出するのが困難となってしまう。

また、従来技術を生体認識装置のインピーダンス検出手段に用いた場合、生体固有のインピーダンスが広範囲に分布したときに、前述した理由から認識の精度を高められないという問題がある。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した場合、システム全体のセキュリティ性能を高めることができないという問題がある。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、生体認識装置や指紋認証装置等で用いられる被検体のインピーダンスが広範囲に分布しても、インピーダンスの検出精度を劣化させることなく安定してインピーダンスを検出することができるインピーダンス検出装置およびインピーダンス検出方法を提供し、高い認識精度が得られる生体認識装置、さらには高いセキュリティ性能が得られる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素子と、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応答信号を生成して出力する応答信号生成部と、応答信号から当該応答信号の波形の特徴を示す波形情報を検出し、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、応答信号生成部に、所定の駆動信号に応じた印加信号を検出素子を介して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応じた電流情報信号を検出出力する駆動回路と、電流情報信号に基づいて供給信号と等しい印加信号を得るための駆動信号を駆動回路へ出力するとともに、電流情報信号に基づいて被検体に流れる電流を電圧信号からなる応答信号に変換して波形情報検出部へ出力する電流−電圧変換回路とが設けられている。

この際、駆動回路を、入力端子に入力された駆動信号を増幅して出力端子から印加信号と電流情報信号を出力する第１のドライバ回路から構成し、電流−電圧変換回路を、供給信号が第１の入力端子に入力され、電流情報信号が負帰還となるよう第１の入力端子とは逆極性の第２の入力端子に入力され、出力端子から駆動信号と応答信号を出力する差動増幅器から構成してもよい。

また、駆動回路を、入力端子に駆動信号が入力され、出力端子から印加信号と電流情報信号を出力する第１のドライバ回路からなり、電流−電圧変換回路を、供給信号が第１の入力端子に入力され、電流情報信号が負帰還となるよう第１の入力端子とは逆極性の第２の入力端子に入力され、出力端子から駆動信号を出力する差動増幅器と、入力端子に入力された駆動信号を増幅して出力端子から応答信号を出力する第２のドライバ回路から構成してもよい。

また、検出素子に、被検体と電気的に接触しかつ所定の共通電位に接続されている第１の検出電極と、被検体と電気的に接触する第２の検出電極とを設け、応答信号生成部で、駆動回路により、印加信号を第２の検出電極へ印加するとともに、第２の検出電極を介して被検体のインピーダンスに応じて流れる電流の位相変化を含む電流情報信号を検出し、電流−電圧変換回路により、電流情報信号に基づいて位相変化を含む応答信号を波形情報検出部へ出力し、波形情報検出部で、所定の基準信号と応答信号との位相を比較し、当該位相差を応答信号の波形情報として検出するようにしてもよい。

また、検出素子に、被検体と電気的に接触しかつ所定の共通電位に接続されている第１の検出電極と、被検体と電気的に接触する第２の検出電極とを設け、応答信号生成部で、駆動回路により、印加信号を第２の検出電極へ印加するとともに、第２の検出電極を介して被検体のインピーダンスに応じて流れる電流の振幅変化を含む電流情報信号を検出し、電流−電圧変換回路により、電流情報信号に基づいて振幅変化を含む応答信号を波形情報検出部へ出力し、波形情報検出部で、応答信号の振幅を応答信号の波形情報として検出するようにしてもよい。

また、供給信号生成部に、所定周波数のクロック信号を生成して出力する周波数発生回路と、クロック信号に基づいて当該クロック信号に同期した正弦波、三角波、または台形波のいずれか１つを生成し供給信号として出力する波形整形回路とを設けてもよい。

また、本発明にかかるインピーダンス検出方法は、検出素子を介して電的に接触した被検体に対して、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応じて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、応答信号から当該応答信号の波形の特徴を示す波形情報を検出し、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、応答信号生成ステップは、所定の駆動信号に応じた印加信号を検出素子を介して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応じた電流情報信号を検出出力する駆動ステップと、電流情報信号に基づいて供給信号と等しい印加信号を得るための駆動信号を駆動ステップへ出力するとともに、電流情報信号に基づいて被検体に流れる電流を電圧信号からなる応答信号に変換して波形情報検出ステップへ出力する電流−電圧変換ステップとを有している。

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した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、応答信号生成部に設けられた駆動回路により、所定の駆動信号に応じた印加信号が検出素子を介して被検体へ印加されるとともに、この印加信号に伴って被検体に流れる電流に応じた電流情報信号が検出出力され、応答信号生成部に設けられた電流−電圧変換回路により、電流情報信号に基づいて供給信号と等しい印加信号を得るための駆動信号が駆動回路へ出力されるとともに、電流情報信号に基づいて被検体に流れる電流が電圧信号からなる応答信号に変換されて波形情報検出部へ出力される。

これにより、電流−電圧変換回路の出力インピーダンスと各被検体に固有のインピーダンスとの分圧によりインピーダンス情報を抽出していた従来技術と比較して、被検体のインピーダンスの大小にかかわらず、被検体のインピーダンス情報を安定して抽出することができる。これにより、検出可能なインピーダンスの入力ダイナミックレンジを極めて大きく拡張することができる。

また、正弦波だけでなく、三角波や台形波を供給信号として用いることができ、回路構成をシンプルにしながら検出精度を高めることができる。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、生体固有のインピーダンスが広範囲に分布したときに、認識の精度を高める効果がある。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り、前述した図２３と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。

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、検出素子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。これら機能部は、後述する各実施の形態にかかるインピーダンス検出装置に共通する構成である。

本実施の形態は、応答信号生成部３に、駆動回路３１と電流−電圧変換回路３２とを設け、駆動回路３１により、電流−電圧変換回路３２からの駆動信号３２Ｓに応じた印加信号１Ｓを、検出素子１を介して被検体１０へ印加するとともに、印加信号１Ｓに伴って被検体１０に流れる電流に応じた電流情報信号３１Ｓを検出出力し、電流−電圧変換回路３２により、供給信号２Ｓと電流情報信号３１Ｓとに基づいて供給信号２Ｓと等しい印加信号１Ｓを得るための駆動信号３２Ｓを駆動回路３１へ出力するとともに、供給信号２Ｓと電流情報信号３１Ｓとに基づいて被検体１０に流れる電流を電圧信号からなる応答信号３Ｓに変換して波形情報検出部４へ出力するようにしたものである。

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。
検出素子１は、検出電極を介して被検体１０と電気的に接触し、被検体１０の持つインピーダンス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。なお、被検体１０が生体の場合、被検体１０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、理解を容易とするため検体１０のリアクタンス成分が容量成分からなるものと見なして説明するが、実際には位相情報として、インダクタンス成分を含むリアクタンス成分が検出されている。

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１の出力インピーダンスすなわち被検体１０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。
この応答信号生成部３には、主な回路部として、駆動回路３１と電流−電圧変換回路３２が設けられている。

駆動回路３１は、電流−電圧変換回路３２からの駆動信号３２Ｓに応じた印加信号１Ｓを、検出素子１を介して被検体１０へ印加する機能と、印加信号１Ｓに伴って被検体１０に流れる電流の位相および振幅に応じた電流情報信号３１Ｓを検出し電流−電圧変換回路３２へ出力する機能とを有している。
電流−電圧変換回路３２は、駆動回路３１からの電流情報信号３１Ｓに基づいて供給信号２Ｓと等しい印加信号１Ｓを得るための駆動信号３２Ｓを駆動回路３１へ出力する機能と、電流情報信号３１Ｓに基づいて被検体１０に流れる電流を電圧信号からなる応答信号３Ｓに変換して波形情報検出部４へ出力する機能とを有している。

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１０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１０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。

次に、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動作について説明する。
応答信号生成部３に入力された供給信号２Ｓは、電流−電圧変換回路３２を介して駆動回路３１に駆動信号３２Ｓとして伝えられ、駆動回路３１より印加信号１Ｓとして検出素子１に印加される。
駆動回路３１は、被検体１０のインピーダンスに印加信号１Ｓを与えることで被検体１０へ電流を流すと同時に、被検体１０へ流れた電流の情報を検出し電流情報信号３１Ｓとして電流−電圧変換回路３２へ伝達する。

電流−電圧変換回路３２は、この電流情報信号３１Ｓと供給信号２Ｓに基づいて駆動信号３２Ｓを調整し、被検体１０のインピーダンスに流れる電流の大小にかかわらず、すなわち被検体１０のインピーダンスの大小にかかわらず、印加信号１Ｓが供給信号２Ｓと等しくなるように制御する。
この際、被検体１０に流れる電流の位相または振幅が、被検体１０に固有のインピーダンスに応じて変化したことも、電流情報信号３１Ｓにより電流−電圧変換回路３２に伝えられる。

電流−電圧変換回路３２は、この電流情報信号３１Ｓで通知された電流変化を元にして、被検体１０のインピーダンスに流れる電流の位相情報または振幅情報を電圧信号に変換し、応答信号３Ｓとして出力する。
この後、波形情報検出部４は、応答信号３Ｓに含まれる位相情報または振幅情報を検出し、この位相情報または振幅情報を含んだ検出信号４Ｓを出力する。

このように、本実施の形態では、応答信号生成部３に、被検体１０に印加信号１Ｓを印加する駆動回路３１と、被検体１０に流れる電流から被検体１０のインピーダンスに応じた応答信号３Ｓを抽出する電流−電圧変換回路３２が、別個に設けられている。したがって、本実施の形態によれば、電流−電圧変換回路の出力インピーダンスと各被検体に固有のインピーダンスとの分圧によりインピーダンス情報を抽出していた従来技術と比較して、被検体のインピーダンスの大小にかかわらず、被検体のインピーダンス情報を安定して抽出することができる。これにより、検出可能なインピーダンスの入力ダイナミックレンジを極めて大きく拡張することができる。

［第２の実施の形態］
次に、図２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２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構成を示すブロック図であり、前述した図１と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。

本実施の形態では、第１の実施の形態の駆動回路３１と電流−電圧変換回路３２で構成した応答信号生成部３を用いて、被検体のインピーダンスを位相情報として検出出力する場合を例として、インピーダンス検出装置の構成例を詳細に説明する。
本実施の形態にかかるインピーダンス検出装置１００は、波形情報検出部４Ａにおいて、元の供給信号２Ｓに同期する基準信号４２Ｓと応答信号３Ｓとの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を出力するようにしたものである。前述した図２４の従来例と比較した場合、応答信号生成部３が、駆動回路３１と電流−電圧変換回路３２から構成されている点が異なる。

図２において、検出素子１には、被検体１０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が設けられている。応答信号生成部３には、駆動回路３１と電流−電圧変換回路３２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。

検出素子１において、検出電極１１は接地電位などの共通電位に接続され、検出電極１２は応答信号生成部３の電流−電圧変換回路３２の出力段に接続されている。この共通電位は、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。

供給信号生成部２において、周波数発生回路２１は、所定周波数の矩形波からなるクロック信号２１Ｓを生成する機能を有している。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に基づき正弦波や三角波などの繰り返し波形からなる交流の供給信号２Ｓを生成して応答信号生成部３へ出力する機能を有している。なお、供給信号２Ｓは供給信号生成部２の代わりに外部の波形生成装置から供給してもよい。

応答信号生成部３において、駆動回路３１は、電流−電圧変換回路３２からの駆動信号３２Ｓに応じた印加信号１Ｓを、検出素子１を介して被検体１０へ印加する機能と、印加信号１Ｓに伴って被検体１０に流れる電流に応じた電流情報信号３１Ｓを検出し電流−電圧変換回路３２へ出力する機能とを有している。
電流−電圧変換回路３２は、駆動回路３１からの電流情報信号３１Ｓに基づいて供給信号２Ｓと等しい印加信号１Ｓを得るための駆動信号３２Ｓを駆動回路３１へ出力する機能と、電流情報信号３１Ｓに基づいて被検体１０に流れる電流を電圧信号からなる応答信号３Ｓに変換して波形情報検出部４Ａへ出力する機能とを有している。

波形情報検出部４Ａにおいて、オフセット補正回路４１は、共通電位を中心電圧とする応答信号３Ｓを、所定の基準電位が中心電圧となるよう信号全体の直流バイアスを補正し、被比較信号４１Ｓとして位相比較回路４３へ出力する機能を有している。
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へ出力する機能を有している。

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機能と、この比較結果に基づいて被検体１０に固有のインピーダンス特性、ここでは容量成分に対応する位相差からなる波形情報として検出し、その波形情報を含む検出信号４ＡＳを出力する機能とを有している。この際、基準信号４２Ｓとして供給信号２Ｓを用いてもよい。
これら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は、それぞれ一般的な公知の回路で構成すればよい。

次に、図２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の動作について説明する。
波形整形回路２２から出力されて応答信号生成部３に入力された供給信号２Ｓは、電流−電圧変換回路３２を介して駆動回路３１に駆動信号３２Ｓとして伝えられ、駆動回路３１より印加信号１Ｓとして検出素子１に印加される。
駆動回路３１は、被検体１０のインピーダンスに印加信号１Ｓを与えることで被検体１０へ電流を流すと同時に、被検体１０へ流れた電流の情報を検出し電流情報信号３１Ｓとして電流−電圧変換回路３２へ伝達する。

電流−電圧変換回路３２は、この電流情報信号３１Ｓと供給信号２Ｓに基づいて駆動信号３２Ｓを調整し、被検体１０のインピーダンスに流れる電流の大小にかかわらず、すなわち被検体１０のインピーダンスの大小にかかわらず、印加信号１Ｓが供給信号２Ｓと等しくなるように制御する。

この際、被検体１０に流れる電流の位相が、被検体１０に固有のインピーダンスに応じて変化したことも、電流情報信号３１Ｓにより電流−電圧変換回路３２に伝えられる。
電流−電圧変換回路３２は、この電流情報信号３１Ｓで通知された電流変化を元にして、被検体１０のインピーダンスに流れる電流の位相情報を電圧信号に変換し、応答信号３Ｓとして出力する。

この後、波形情報検出部４は、オフセット補正回路４１により、共通電位を中心電圧とする応答信号３Ｓを、所定の基準電位が中心電圧となるよう信号全体の直流バイアスを補正し、被比較信号４１Ｓとして位相比較回路４３へ出力する。
位相比較回路４３は、被比較信号４１Ｓと供給信号２Ｓに同期した基準信号発生回路４２からの基準信号４２Ｓとの位相を比較し、この比較結果に基づいて被検体１０に固有のインピーダンス特性、ここでは容量成分に対応する位相差からなる波形情報を検出し、その波形情報を含む検出信号４ＡＳを出力する。

このように、本実施の形態は、第１の実施の形態に加え、応答信号生成部３において、駆動回路３１により、印加信号１Ｓを検出電極１２へ印加するとともに、検出電極１２を介して被検体１０のインピーダンスに応じて流れる電流の位相変化を含む電流情報信号３１Ｓを検出し、電流−電圧変換回路３２により、電流情報信号３１Ｓに基づいて当該位相変化を含む応答信号３Ｓを波形情報検出部４Ａへ出力し、波形情報検出部４Ａにより、基準信号４２Ｓと応答信号３Ｓの位相を比較し、当該位相差を応答信号３Ｓの波形情報として検出するようにしたので、被検体１０に固有のインピーダンスのうちリアクタンス成分を示す情報を、被検体のインピーダンスの大小にかかわらず、広い入力ダイナミックレンジで安定して検出することが可能となる。

［第３の実施の形態］
次に、図３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３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構成を示すブロック図であり、前述した図１と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。

本実施の形態では、第１の実施の形態の駆動回路３１と電流−電圧変換回路３２で構成した応答信号生成部３を用いて、被検体１０のインピーダンスを振幅情報として検出出力する場合を例として、インピーダンス検出装置の構成例を詳細に説明する。
本実施の形態にかかるインピーダンス検出装置１００は、波形情報検出部４Ｂにおいて、応答信号３Ｓの振幅を波形情報として検出し、その波形情報を含む検出信号４ＢＳを出力するようにしたものである。前述した図２６の従来例と比較した場合、応答信号生成部３が、駆動回路３１と電流−電圧変換回路３２から構成されている点が異なる。

図３において、検出素子１には、被検体１０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が設けられている。応答信号生成部３には、駆動回路３１と電流−電圧変換回路３２が設けられている。波形情報検出部４Ｂには、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が設けられている。

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を生成する機能を有している。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に基づき正弦波や三角波などの繰り返し波形からなる交流の供給信号２Ｓを生成して応答信号生成部３へ出力する機能を有している。なお、供給信号２Ｓは供給信号生成部２の代わりに外部の波形生成装置から供給してもよい。

応答信号生成部３において、駆動回路３１は、電流−電圧変換回路３２からの駆動信号３２Ｓに応じた印加信号１Ｓを、検出素子１を介して被検体１０へ印加する機能と、印加信号１Ｓに伴って被検体１０に流れる電流に応じた電流情報信号３１Ｓを検出し電流−電圧変換回路３２へ出力する機能とを有している。
電流−電圧変換回路３２は、駆動回路３１からの電流情報信号３１Ｓに基づいて供給信号２Ｓと等しい印加信号１Ｓを得るための駆動信号３２Ｓを駆動回路３１へ出力する機能と、電流情報信号３１Ｓに基づいて被検体１０に流れる電流を電圧信号からなる応答信号３Ｓに変換して波形情報検出部４Ｂへ出力する機能とを有している。

波形情報検出部４Ｂにおいて、ピーク電圧検出回路４４は、応答信号３Ｓの最大電圧値または最小電圧値を検出し、ピーク電圧値４４Ｓとして出力する機能を有している。
中心電圧検出回路４５は、応答信号３Ｓの中心電圧を検出し、中心電圧値４５Ｓとして出力する機能を有している。

電圧比較回路４６は、ピーク電圧値４４Ｓと中心電圧値４５Ｓの電圧を比較する機能と、この比較結果に基づいて被検体１０に固有のインピーダンス特性、ここでは抵抗成分に対応する振幅値からなる波形情報として検出し、その波形情報を含む検出信号４ＢＳを出力する機能とを有している。
これら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は、それぞれ一般的な公知の回路で構成すればよい。

次に、図３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の動作について説明する。
波形整形回路２２から出力されて応答信号生成部３に入力された供給信号２Ｓは、電流−電圧変換回路３２を介して駆動回路３１に駆動信号３２Ｓとして伝えられ、駆動回路３１より印加信号１Ｓとして検出素子１に印加される。
駆動回路３１は、被検体１０のインピーダンスに印加信号１Ｓを与えることで被検体１０へ電流を流すと同時に、被検体１０へ流れた電流の情報を検出し電流情報信号３１Ｓとして電流−電圧変換回路３２へ伝達する。

この際、被検体１０に流れる電流の振幅が、被検体１０に固有のインピーダンスに応じて変化したことも、電流情報信号３１Ｓにより電流−電圧変換回路３２に伝えられる。
電流−電圧変換回路３２は、この電流情報信号３１Ｓで通知された電流変化を元にして、被検体１０のインピーダンスに流れる電流の振幅情報を電圧信号に変換し、応答信号３Ｓとして出力する。

この後、波形情報検出部４は、ピーク電圧検出回路４４により、応答信号３Ｓの最大電圧値または最小電圧値を検出し、ピーク電圧値４４Ｓとして電圧比較回路４６へ出力する。また、中心電圧検出回路４５により、応答信号３Ｓの中心電圧を検出し、中心電圧値４５Ｓとして出力する。
電圧比較回路４６は、ピーク電圧値４４Ｓと中心電圧値４５Ｓを比較し、この比較結果に基づいて被検体１０に固有のインピーダンス特性、ここでは抵抗成分に対応する振幅値からなる波形情報を検出し、その波形情報を含む検出信号４ＢＳを出力する。

このように、本実施の形態は、第１の実施の形態に加え、応答信号生成部３において、駆動回路３１により、印加信号１Ｓを検出電極１２へ印加するとともに、検出電極１２を介して被検体１０のインピーダンスに応じて流れる電流の位相変化を含む電流情報信号３１Ｓを検出し、電流−電圧変換回路３２により、電流情報信号３１Ｓに基づいて当該位相変化を含む応答信号３Ｓを波形情報検出部４Ｂへ出力し、波形情報検出部４Ｂにより、応答信号３Ｓの振幅値を応答信号３Ｓの波形情報として検出するようにしたので、被検体１０に固有のインピーダンスのうち抵抗成分を示す情報を、被検体のインピーダンスの大小にかかわらず、広い入力ダイナミックレンジで安定して検出することが可能となる。

［第４の実施の形態］
次に、図４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４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構成を示すブロック図であり、前述した図２と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。

第２の実施の形態では、第１の実施の形態の駆動回路３１と電流−電圧変換回路３２で構成した応答信号生成部３を用いて、被検体のインピーダンスを位相情報として検出出力する場合を例として説明した。
本実施の形態では、第２の実施の形態において、応答信号生成部３の駆動回路３１をドライバ回路３１Ａで構成し、電流−電圧変換回路３２を差動増幅器３２Ａで構成した場合について説明する。

図４において、ドライバ回路３１Ａは、入力端子が差動増幅器３２Ａの出力端子に接続され、出力端子が検出素子１の検出電極１２と差動増幅器３２Ａの正極性入力端子に接続されている。このドライバ回路３１Ａは、入力端子に入力された駆動信号３２Ｓを増幅して出力端子から低インピーダンスで印加信号１Ｓと電流情報信号３１Ｓを出力する機能を有している。

差動増幅器３２Ａは、正極性入力端子が供給信号生成部２の出力に接続され、逆極性入力端子がドライバ回路３１Ａの出力端子と検出電極１２に接続され、出力端子がドライバ回路３１Ａの入力端子と波形情報検出部４Ａの入力に接続されている。この差動増幅器３２Ａは、正極性入力端子に入力された供給信号２Ｓと、逆極性入力端子に入力された電流情報信号３１Ｓを差動増幅して、出力端子から駆動信号３２Ｓと応答信号３Ｓを出力する機能を有している。

正弦波発生回路２２Ａは、図２の波形整形回路２２の具体例であり、周波数発生回路２１からのクロック信号２１Ｓに基づき正弦波からなる交流の供給信号２Ｓを生成して応答信号生成部３へ出力する機能を有している。正弦波発生回路２２Ａの具体例については、例えばＤ／Ａ変換器を用いて生成したり、三角波の波形をダイオード素子などを用いて鈍らせて生成するなど、公知の回路を用いればよい。
なお、応答信号生成部３および正弦波発生回路２２Ａ以外の構成については、第２の実施の形態と同等であり、ここでの詳細な説明は省略する。

次に、図４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の動作について説明する。
正弦波発生回路２２Ａから出力されて応答信号生成部３に入力された正弦波からなる供給信号２Ｓは、差動増幅器３２Ａの正極性入力端子に入力される。差動増幅器３２Ａは、ドライバ回路３１Ａの入力として駆動信号３２Ｓを出力する。ドライバ回路３１Ａは、駆動信号３２Ｓに基づいて印加信号１Ｓを生成し、検出素子１に印加する。これにより、被検体１０のインピーダンスに電流が流れる。

ドライバ回路３１Ａの出力端子は、負帰還がかかるように差動増幅器３２Ａの逆極性入力端子に接続されている。これにより、被検体１０のインピーダンスに流れる電流の情報が電流情報信号３１Ｓとして差動増幅器３２Ａへと伝達される。
差動増幅器３２Ａは、ドライバ回路３１Ａの出力端子の電位と供給信号２Ｓの電位の差を検出して駆動信号３２Ｓを調整し、被検体１０のインピーダンスに流れる電流の大小にかかわらず、すなわち被検体のインピーダンスの大小にかかわらず、印加信号１Ｓが供給信号２Ｓと等しくなるように制御する。

この際、被検体１０に流れる電流の位相が、被検体１０に固有のインピーダンスのリアクタンス成分に応じて変化する。この位相変化は、ドライバ回路３１Ａの出力端子の電位の変化となり、電流情報信号３１Ｓとして差動増幅器３２Ａへ伝えられることになる。駆動信号３２Ｓの電圧値は、差動増幅器３２Ａにより、この電流情報信号３１Ｓを元に調整される。これにより結果として、被検体１０のインピーダンスに流れる電流の位相情報が電圧に変換された応答信号３Ｓが得られることになる。

なお、本実施の形態では、供給信号２Ｓを差動増幅器３２Ａの正極性入力端子に接続し、電流情報信号３１Ｓを差動増幅器３２Ａの逆極性入力端子に接続しているが、ドライバ回路３１Ａが反転増幅器からなる場合には、供給信号２Ｓを差動増幅器３２Ａの逆極性入力端子に接続し、電流情報信号３１Ｓを差動増幅器３２Ａの正極性入力端子に接続すればよい。すなわち、電流情報信号３１Ｓは、負帰還がかかるように差動増幅器３２Ａの逆極性入力端子に接続されればよい。以下に説明する他の実施例も同様である。

図５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動作を示す信号波形図である。
供給信号生成部２の正弦波発生回路２２Ａ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ＶＡを中心電圧とした、正弦波からなる供給信号２Ｓが生成される。

被検体１０に印加信号１Ｓが印加されると、被検体１０に流れる電流により印加信号１Ｓの電圧が降下し、その位相も変化する。この位相変化が電流情報信号３１Ｓの位相情報となる。
差動増幅器３２Ａは、供給信号２Ｓと電流情報信号３１Ｓが同じになるように駆動信号３２Ｓを調整して出力する。その結果、電位ＶＡを中心電圧とした供給信号２Ｓの波形に対して、駆動信号３２Ｓは電圧降下を補う電圧分だけ上昇した波形、すなわちオフセット補正電位ＶＡ１を中心電圧とする波形になる。

この際、駆動信号３２Ｓの位相も電流情報信号３１Ｓの位相情報に基づいて変化しており、この位相変化を含む駆動信号３２Ｓが応答信号３Ｓとして出力される。したがって、応答信号３Ｓは被検体１０のインピーダンスによるオフセットを含む信号となる。
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ＶＡと一致するように直流電位をレベルシフトし、上記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と基準信号発生回路４２からの基準信号４２Ｓの位相を比較し、その位相差に対応したパルス幅を有する信号波形の検出信号４ＡＳを出力する。したがって、検出信号４ＡＳとして、当該パルス幅に、供給信号２Ｓと印加信号１Ｓの位相差、すなわち被検体１０のインピーダンスのリアクタンス成分に対応した波形情報（位相情報）を含む信号が得られる。

このように、本実施の形態は、第２の実施の形態のうち、応答信号生成部３の駆動回路３１をドライバ回路３１Ａで構成し、電流−電圧変換回路３２を差動増幅器３２Ａで構成したので、極めて簡素な回路で、被検体１０に固有のインピーダンスのうちリアクタンス成分を示す情報を、被検体のインピーダンスの大小にかかわらず、広い入力ダイナミックレンジで安定して検出することが可能となる。
なお、本実施の形態では、波形情報検出部４Ａを、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から構成した場合を例として示したが、これに限定されるものではなく、他の回路により波形情報検出部４Ａを構成してもよい。

［第５の実施の形態］
次に、図６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６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構成を示すブロック図であり、前述した図３と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。

第３の実施の形態では、第１の実施の形態の駆動回路３１と電流−電圧変換回路３２で構成した応答信号生成部３を用いて、被検体のインピーダンスを振幅情報として検出出力する場合を例として説明した。
本実施の形態では、第３の実施の形態において、応答信号生成部３の駆動回路３１をドライバ回路３１Ａで構成し、電流−電圧変換回路３２を差動増幅器３２Ａで構成した場合について説明する。

図６において、ドライバ回路３１Ａは、入力端子が差動増幅器３２Ａの出力端子に接続され、出力端子が検出素子１の検出電極１２と差動増幅器３２Ａの正極性入力端子に接続されている。このドライバ回路３１Ａは、入力端子に入力された駆動信号３２Ｓを増幅して出力端子から低インピーダンスで印加信号１Ｓと電流情報信号３１Ｓを出力する機能を有している。

差動増幅器３２Ａは、正極性入力端子が供給信号生成部２の出力に接続され、逆極性入力端子がドライバ回路３１Ａの出力端子と検出電極１２に接続され、出力端子がドライバ回路３１Ａの入力端子と波形情報検出部４Ｂの入力に接続されている。この差動増幅器３２Ａは、正極性入力端子に入力された供給信号２Ｓと、逆極性入力端子に入力された電流情報信号３１Ｓを差動増幅して、出力端子から駆動信号３２Ｓと応答信号３Ｓを出力する機能を有している。

正弦波発生回路２２Ａは、図３の波形整形回路２２の具体例であり、周波数発生回路２１からのクロック信号２１Ｓに基づき正弦波からなる交流の供給信号２Ｓを生成して応答信号生成部３へ出力する機能を有している。
なお、応答信号生成部３および正弦波発生回路２２Ａ以外の構成については、第２の実施の形態と同等であり、ここでの詳細な説明は省略する。

次に、図６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の動作について説明する。
正弦波発生回路２２Ａから出力されて応答信号生成部３に入力された正弦波からなる供給信号２Ｓは、差動増幅器３２Ａの正極性入力端子に入力される。差動増幅器３２Ａは、ドライバ回路３１Ａの入力として駆動信号３２Ｓを出力する。ドライバ回路３１Ａは、駆動信号３２Ｓに基づいて印加信号１Ｓを生成し、検出素子１に印加する。これにより、被検体１０のインピーダンスに電流が流れる。

この際、被検体１０に流れる電流の振幅が、被検体１０に固有のインピーダンスの抵抗成分に応じて変化する。この振幅変化は、ドライバ回路３１Ａの出力端子の電位の変化となり、電流情報信号３１Ｓとして差動増幅器３２Ａへ伝えられることになる。駆動信号３２Ｓの電圧値は、差動増幅器３２Ａにより、この電流情報信号３１Ｓを元に調整される。これにより結果として、被検体１０のインピーダンスに流れる電流の振幅情報が電圧に変換された応答信号３Ｓが得られることになる。

図７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動作を示す信号波形図である。
供給信号生成部２の正弦波発生回路２２Ａ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ＶＡを中心電圧とした、正弦波からなる供給信号２Ｓが生成される。

被検体１０に印加信号１Ｓが印加されると、被検体１０に流れる電流により印加信号１Ｓの電圧が降下し、その振幅も変化する。この振幅変化が電流情報信号３１Ｓの振幅情報となる。
差動増幅器３２Ａは、供給信号２Ｓと電流情報信号３１Ｓが同じになるように駆動信号３２Ｓを調整して出力する。その結果、電位ＶＡを中心電圧とした供給信号２Ｓの波形に対して、駆動信号３２Ｓは電圧降下を補う電圧分だけ上昇した波形、すなわちオフセット補正電位ＶＡ１を中心電圧とする波形になる。

この際、駆動信号３２Ｓの振幅も電流情報信号３１Ｓの振幅情報に基づいて変化しており、この振幅変化を含む駆動信号３２Ｓが応答信号３Ｓとして出力される。したがって、応答信号３Ｓは被検体１０のインピーダンスによるオフセット電位を含む信号となる。
ピーク電圧検出回路４４は、応答信号３Ｓの最大電圧値または最小電圧値を検出し、ピーク電圧値４４Ｓとして出力する。また、中心電圧検出回路４５は、応答信号３Ｓの中心電圧ＶＡ１を検出し、中心電圧値４５Ｓとして出力する。

電圧比較回路４６は、ピーク電圧値４４Ｓと中心電圧値４５Ｓを比較し、その差に対応した電圧値を有する信号波形の検出信号４ＢＳを出力する。この際、電圧比較回路４６は、ピーク電圧値４４Ｓを中心電圧値４５Ｓと相対的に比較するため、応答信号３Ｓのオフセットを含まない振幅値だけが検出される。したがって、検出信号４ＢＳとして、当該電圧値に、供給信号２Ｓと印加信号１Ｓの振幅差、すなわち被検体１０のインピーダンスの抵抗成分に対応した波形情報（振幅情報）を含む信号が得られる。

このように、本実施の形態は、第３の実施の形態のうち、応答信号生成部３の駆動回路３１をドライバ回路３１Ａで構成し、電流−電圧変換回路３２を差動増幅器３２Ａで構成したので、極めて簡素な回路で、被検体１０に固有のインピーダンスのうち抵抗成分を示す情報を、被検体のインピーダンスの大小にかかわらず、広い入力ダイナミックレンジで安定して検出することが可能となる。
なお、本実施の形態では、波形情報検出部４Ｂを、ピーク電圧検出回路４４、中心電圧検出回路４５、電圧比較回路４６から構成した場合を例として示したが、これに限定されるものではなく、他の回路により波形情報検出部４Ｂを構成してもよい。

［第６の実施の形態］
次に、図８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８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構成を示すブロック図であり、前述した図２と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。

第４の実施の形態では、第２の実施の形態において、応答信号生成部３の駆動回路３１をドライバ回路３１Ａで構成し、電流−電圧変換回路３２を差動増幅器３２Ａで構成した場合を例として説明した。
本実施の形態では、第４の実施の形態において、電流−電圧変換回路３２を差動増幅器３２Ａとドライバ回路３２Ｂで構成した場合について説明する。

図８において、ドライバ回路３１Ａは、入力端子が差動増幅器３２Ａの出力端子に接続され、出力端子が検出素子１の検出電極１２と差動増幅器３２Ａの正極性入力端子に接続されている。このドライバ回路３１Ａは、入力端子に入力された駆動信号３２Ｓを増幅して出力端子から低インピーダンスで印加信号１Ｓと電流情報信号３１Ｓを出力する機能を有している。

差動増幅器３２Ａは、正極性入力端子が供給信号生成部２の出力に接続され、逆極性入力端子がドライバ回路３１Ａの出力端子と検出電極１２に接続され、出力端子がドライバ回路３１Ａとドライバ回路３２Ｂの入力端子と波形情報検出部４Ａの入力に接続されている。この差動増幅器３２Ａは、正極性入力端子に入力された供給信号２Ｓと、逆極性入力端子に入力された電流情報信号３１Ｓを差動増幅して、出力端子から駆動信号３２Ｓと応答信号３Ｓを出力する機能を有している。

ドライバ回路３２Ｂは、入力端子が差動増幅器３２Ａの出力端子に接続され、出力端子が波形情報検出部４Ａの入力に接続されている。このドライバ回路３２Ｂは、入力端子に入力された駆動信号３２Ｓを増幅して出力端子から低インピーダンスで応答信号３Ｓを出力する機能を有している。

正弦波発生回路２２Ａは、図２の波形整形回路２２の具体例であり、周波数発生回路２１からのクロック信号２１Ｓに基づき正弦波からなる交流の供給信号２Ｓを生成して応答信号生成部３へ出力する機能を有している。
なお、応答信号生成部３および正弦波発生回路２２Ａ以外の構成については、第４の実施の形態と同等であり、ここでの詳細な説明は省略する。

次に、図８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の動作について説明する。
正弦波発生回路２２Ａから出力されて応答信号生成部３に入力された正弦波からなる供給信号２Ｓは、差動増幅器３２Ａの正極性入力端子に入力される。差動増幅器３２Ａは、ドライバ回路３１Ａとドライバ回路３２Ｂの入力として駆動信号３２Ｓを出力する。ドライバ回路３１Ａは、駆動信号３２Ｓに基づいて印加信号１Ｓを生成し、検出素子１に印加する。これにより、被検体１０のインピーダンスに電流が流れる。

この際、被検体１０に流れる電流の位相が、被検体１０に固有のインピーダンスのリアクタンス成分に応じて変化する。この位相変化は、ドライバ回路３１Ａの出力端子の電位の変化となり、電流情報信号３１Ｓとして差動増幅器３２Ａへ伝えられることになる。駆動信号３２Ｓの電圧値は、差動増幅器３２Ａにより、この電流情報信号３１Ｓを元に調整される。この駆動信号３２Ｓは、ドライバ回路３２Ｂにより増幅され、応答信号３Ｓとして波形情報検出部４Ａへ出力される。したがって、応答信号３Ｓを所望の振幅で安定して出力することができる。これにより結果として、被検体１０のインピーダンスに流れる電流の位相情報が電圧に変換された応答信号３Ｓが得られることになる。

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動作を示す信号波形図である。
供給信号生成部２の正弦波発生回路２２Ａ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ＶＡを中心電圧とした、正弦波からなる供給信号２Ｓが生成される。

この際、駆動信号３２Ｓの位相も電流情報信号３１Ｓの位相情報に基づいて変化しており、この位相変化を含む駆動信号３２Ｓがドライバ回路３２Ｂで増幅された後、応答信号３Ｓとして出力される。したがって、応答信号３Ｓは被検体１０のインピーダンスによるオフセットを含む信号となる。
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ＶＡと一致するように直流電位をレベルシフトし、上記オフセットが補正された被比較信号４１Ｓを出力する。

このように、本実施の形態は、第４の実施の形態のうち、電流−電圧変換回路３２を差動増幅器３２Ａとドライバ回路３２Ｂで構成したので、極めて簡素な回路で、被検体１０に固有のインピーダンスのうちリアクタンス成分を示す情報を、被検体のインピーダンスの大小にかかわらず、広い入力ダイナミックレンジで安定して検出することが可能となる。また、ドライバ回路３２Ｂで応答信号３Ｓを増幅出力することができ、第４の実施の形態と比較して、波形情報検出部４Ａにおける位相情報の検出精度を高めることができる。

なお、本実施の形態では、波形情報検出部４Ａを、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から構成した場合を例として示したが、これに限定されるものではなく、他の回路により波形情報検出部４Ａを構成してもよい。

［第７の実施の形態］
次に、図１０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１０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構成を示すブロック図であり、前述した図３と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。

第５の実施の形態では、第３の実施の形態において、応答信号生成部３の駆動回路３１をドライバ回路３１Ａで構成し、電流−電圧変換回路３２を差動増幅器３２Ａで構成した場合を例として説明した。
本実施の形態では、第５の実施の形態において、電流−電圧変換回路３２を差動増幅器３２Ａとドライバ回路３２Ｂで構成した場合について説明する。

図１０において、ドライバ回路３１Ａは、入力端子が差動増幅器３２Ａの出力端子に接続され、出力端子が検出素子１の検出電極１２と差動増幅器３２Ａの正極性入力端子に接続されている。このドライバ回路３１Ａは、入力端子に入力された駆動信号３２Ｓを増幅して出力端子から低インピーダンスで印加信号１Ｓと電流情報信号３１Ｓを出力する機能を有している。

差動増幅器３２Ａは、正極性入力端子が供給信号生成部２の出力に接続され、逆極性入力端子がドライバ回路３１Ａの出力端子と検出電極１２に接続され、出力端子がドライバ回路３１Ａとドライバ回路３２Ｂの入力端子に接続されている。この差動増幅器３２Ａは、正極性入力端子に入力された供給信号２Ｓと、逆極性入力端子に入力された電流情報信号３１Ｓを差動増幅して、出力端子から駆動信号３２Ｓと応答信号３Ｓを出力する機能を有している。

ドライバ回路３２Ｂは、入力端子が差動増幅器３２Ａの出力端子に接続され、出力端子が波形情報検出部４Ｂの入力に接続されている。このドライバ回路３２Ｂは、入力端子に入力された駆動信号３２Ｓを増幅して出力端子から低インピーダンスで応答信号３Ｓを出力する機能を有している。

正弦波発生回路２２Ａは、図３の波形整形回路２２の具体例であり、周波数発生回路２１からのクロック信号２１Ｓに基づき正弦波からなる交流の供給信号２Ｓを生成して応答信号生成部３へ出力する機能を有している。
なお、応答信号生成部３および正弦波発生回路２２Ａ以外の構成については、第３の実施の形態と同等であり、ここでの詳細な説明は省略する。

次に、図１０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の動作について説明する。
正弦波発生回路２２Ａから出力されて応答信号生成部３に入力された正弦波からなる供給信号２Ｓは、差動増幅器３２Ａの正極性入力端子に入力される。差動増幅器３２Ａは、ドライバ回路３１Ａの入力として駆動信号３２Ｓを出力する。ドライバ回路３１Ａは、駆動信号３２Ｓに基づいて印加信号１Ｓを生成し、検出素子１に印加する。これにより、被検体１０のインピーダンスに電流が流れる。

この際、被検体１０に流れる電流の振幅が、被検体１０に固有のインピーダンスの抵抗成分に応じて変化する。この振幅変化は、ドライバ回路３１Ａの出力端子の電位の変化となり、電流情報信号３１Ｓとして差動増幅器３２Ａへ伝えられることになる。駆動信号３２Ｓの電圧値は、差動増幅器３２Ａにより、この電流情報信号３１Ｓを元に調整される。この駆動信号３２Ｓは、ドライバ回路３２Ｂにより増幅され、応答信号３Ｓとして波形情報検出部４Ｂへ出力される。したがって、応答信号３Ｓを所望の振幅で安定して出力することができる。これにより結果として、被検体１０のインピーダンスに流れる電流の振幅情報が電圧に変換された応答信号３Ｓが得られることになる。

図１１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動作を示す信号波形図である。
供給信号生成部２の正弦波発生回路２２Ａ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ＶＡを中心電圧とした、正弦波からなる供給信号２Ｓが生成される。

この際、駆動信号３２Ｓの振幅も電流情報信号３１Ｓの振幅情報に基づいて変化しており、この振幅変化を含む駆動信号３２Ｓがドライバ回路３２Ｂで増幅された後、応答信号３Ｓとして出力される。したがって、応答信号３Ｓは被検体１０のインピーダンスによるオフセット電位を含む信号となる。
ピーク電圧検出回路４４は、応答信号３Ｓの最大電圧値または最小電圧値を検出し、ピーク電圧値４４Ｓとして出力する。また、中心電圧検出回路４５は、応答信号３Ｓの中心電圧ＶＡ１を検出し、中心電圧値４５Ｓとして出力する。

このように、本実施の形態は、第５の実施の形態のうち、電流−電圧変換回路３２を差動増幅器３２Ａとドライバ回路３２Ｂで構成したので、極めて簡素な回路で、被検体１０に固有のインピーダンスのうち抵抗成分を示す情報を、被検体のインピーダンスの大小にかかわらず、広い入力ダイナミックレンジで安定して検出することが可能となる。また、ドライバ回路３２Ｂで応答信号３Ｓを増幅出力することができ、第５の実施の形態と比較して、波形情報検出部４Ｂにおける振幅情報の検出精度を高めることができる。

なお、本実施の形態では、波形情報検出部４Ｂを、ピーク電圧検出回路４４、中心電圧検出回路４５、電圧比較回路４６から構成した場合を例として示したが、これに限定されるものではなく、他の回路により波形情報検出部４Ｂを構成してもよい。

［第８の実施の形態］
次に、図１２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１２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構成を示すブロック図であり、前述した図８と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。

第６の実施の形態では、第２の実施の形態において、応答信号生成部３の駆動回路３１をドライバ回路３１Ａで構成し、電流−電圧変換回路３２を差動増幅器３２Ａとドライバ回路３２Ｂで構成し、波形整形回路２２を正弦波発生回路２２Ａで構成して、被検体のインピーダンスを位相情報として検出出力する場合を例として説明した。
本実施の形態では、第６の実施の形態において、波形整形回路２２を三角波発生回路２２Ｂで構成した場合について説明する。

図１２において、三角波発生回路２２Ｂは、図２の波形整形回路２２の具体例であり、周波数発生回路２１からのクロック信号２１Ｓに基づき三角波からなる交流の供給信号２Ｓを生成して応答信号生成部３へ出力する機能を有している。なお、三角波発生回路２２Ｂは、一般的な公知の回路を用いればよく、正弦波発生回路と比較して回路構成を簡素化できる。
なお、三角波発生回路２２Ｂ以外の構成については、第６の実施の形態と同等であり、ここでの詳細な説明は省略する。

次に、図１２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の動作について説明する。
三角波発生回路２２Ｂから出力されて応答信号生成部３に入力された三角波からなる供給信号２Ｓは、差動増幅器３２Ａの正極性入力端子に入力される。差動増幅器３２Ａは、ドライバ回路３１Ａとドライバ回路３２Ｂの入力として駆動信号３２Ｓを出力する。ドライバ回路３１Ａは、駆動信号３２Ｓに基づいて印加信号１Ｓを生成し、検出素子１に印加する。これにより、被検体１０のインピーダンスに電流が流れる。

図１３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動作を示す信号波形図である。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動作を示す他の信号波形図である。
供給信号生成部２の三角波発生回路２２Ｂ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ＶＡを中心電圧とした、三角波からなる供給信号２Ｓが生成される。

ここで、図１３に示すように、被検体１０のインピーダンスが容量成分のみの場合、三角波からなる供給信号２Ｓを被検体１０へ入力すると、そのインピーダンスに流れる電流は三角波の微分応答波形となり、矩形波に近い波形を有する応答信号３Ｓｃが得られる。
また、被検体１０のインピーダンスが抵抗成分のみの場合、三角波からなる供給信号２Ｓを被検体１０へ入力すると、そのインピーダンスに流れる電流は三角波と同じ波形の応答波形となり、元の三角波の波形を有する応答信号３Ｓｒが得られる。

したがって、被検体１０のインピーダンスが容量成分と抵抗成分を持つ場合、三角波からなる供給信号２Ｓを被検体１０へ入力すると、そのインピーダンスに流れる電流は、三角波の微分応答と元の三角波とが合成された波形となる。したがって、応答信号３Ｓは、応答信号３Ｓｃと応答信号３Ｓｒが合成された波形、すなわち、三角波の上昇期間と下降期間とで、微分応答分だけ電圧のズレを有する信号波形となる。

被検体１０に印加信号１Ｓが印加されると、被検体１０に流れる電流により印加信号１Ｓの電圧が降下し、その位相も変化する。この位相変化が電流情報信号３１Ｓの位相情報となる。
図１４に示すように、差動増幅器３２Ａは、供給信号２Ｓと電流情報信号３１Ｓが同じになるように駆動信号３２Ｓを調整して出力する。その結果、電位ＶＡを中心電圧とした供給信号２Ｓの波形に対して、駆動信号３２Ｓは電圧降下を補う電圧分だけ上昇した波形、すなわちオフセット補正電位ＶＡ１を中心電圧とする波形になる。

このように、本実施の形態は、第６の実施の形態のうち、応答信号生成部３の駆動回路３１をドライバ回路３１Ａで構成し、電流−電圧変換回路３２を差動増幅器３２Ａとドライバ回路３２Ｂで構成し、さらに波形整形回路２２を三角波発生回路２２Ｂで構成したので、正弦波を用いる場合と比較して供給信号２Ｓの生成に要する回路を簡略化でき、全体として極めて簡素な回路で、被検体１０に固有のインピーダンスのうちリアクタンス成分を示す情報を、被検体のインピーダンスの大小にかかわらず、広い入力ダイナミックレンジで安定して検出することが可能となる。

なお、本実施の形態では、波形情報検出部４Ａを、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から構成した場合を例として示したが、これに限定されるものではなく、他の回路により波形情報検出部４Ａを構成してもよい。
また、本実施の形態では、応答信号生成部３を、ドライバ回路３１Ａ、差動増幅器３２Ａ、およびドライバ回路３２Ｂで構成した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、例えばドライバ回路３１Ａと差動増幅器３２Ａなど、他の回路で応答信号生成部３を構成してもよい。

また、本実施の形態では、応答信号生成部３からの応答信号３Ｓをそのまま波形情報検出部４Ａへ入力する場合を例として説明したが、応答信号生成部３と波形情報検出部４Ａとの間にローパスフィルタを設けてもよい。これにより、三角波からなる応答信号３Ｓに含まれる高周波成分を除去することができ、波形情報検出部４Ａにおける波形情報の検出精度を高めることができる。なお、上記ローパスフィルタは、オフセット補正回路４１と位相比較回路４３との間に設け、三角波からなる被比較信号４１Ｓに含まれる高周波成分を除去することができ、上記と同様に波形情報検出部４Ａにおける波形情報の検出精度を高めることができる。

［第９の実施の形態］
次に、図１５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１５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構成を示すブロック図であり、前述した図１０と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。

第７の実施の形態では、第３の実施の形態において、応答信号生成部３の駆動回路３１をドライバ回路３１Ａで構成し、電流−電圧変換回路３２を差動増幅器３２Ａとドライバ回路３２Ｂで構成し、波形整形回路２２を正弦波発生回路２２Ａで構成して、被検体のインピーダンスを振幅情報として検出出力する場合を例として説明した。
本実施の形態では、第７の実施の形態において、波形整形回路２２を三角波発生回路２２Ｂで構成した場合について説明する。

図１５において、三角波発生回路２２Ｂは、図３の波形整形回路２２の具体例であり、周波数発生回路２１からのクロック信号２１Ｓに基づき三角波からなる交流の供給信号２Ｓを生成して応答信号生成部３へ出力する機能を有している。なお、三角波発生回路２２Ｂは、一般的な公知の回路を用いればよく、正弦波発生回路と比較して回路構成を簡素化できる。
なお、三角波発生回路２２Ｂ以外の構成については、第７の実施の形態と同等であり、ここでの詳細な説明は省略する。

次に、図１５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の動作について説明する。
三角波発生回路２２Ｂから出力されて応答信号生成部３に入力された三角波からなる供給信号２Ｓは、差動増幅器３２Ａの正極性入力端子に入力される。差動増幅器３２Ａは、ドライバ回路３１Ａとドライバ回路３２Ｂの入力として駆動信号３２Ｓを出力する。ドライバ回路３１Ａは、駆動信号３２Ｓに基づいて印加信号１Ｓを生成し、検出素子１に印加する。これにより、被検体１０のインピーダンスに電流が流れる。

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動作を示す信号波形図である。
供給信号生成部２の三角波発生回路２２Ｂ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ＶＡを中心電圧とした、三角波からなる供給信号２Ｓが生成される。

ここで、図１３で説明したように、被検体１０のインピーダンスが容量成分と抵抗成分を持つ場合、三角波からなる供給信号２Ｓを被検体１０へ入力すると、そのインピーダンスに流れる電流は、三角波の微分応答と元の三角波とが合成された波形となる。したがって、応答信号３Ｓは、このような合成波形、すなわち、三角波の上昇期間と下降期間とで、微分応答分だけ電圧のズレを有する信号波形となる。

このように、本実施の形態は、第３の実施の形態のうち、応答信号生成部３の駆動回路３１をドライバ回路３１Ａで構成し、さらに波形整形回路２２を三角波発生回路２２Ｂで構成したので、電流−電圧変換回路３２を差動増幅器３２Ａで構成したので、極めて簡素な回路で、被検体１０に固有のインピーダンスのうち抵抗成分を示す情報を、被検体のインピーダンスの大小にかかわらず、広い入力ダイナミックレンジで安定して検出することが可能となる。

なお、本実施の形態では、波形情報検出部４Ｂを、ピーク電圧検出回路４４、中心電圧検出回路４５、電圧比較回路４６から構成した場合を例として示したが、これに限定されるものではなく、他の回路により波形情報検出部４Ｂを構成してもよい。
また、本実施の形態では、応答信号生成部３を、ドライバ回路３１Ａ、差動増幅器３２Ａ、およびドライバ回路３２Ｂで構成した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、例えばドライバ回路３１Ａと差動増幅器３２Ａなど、他の回路で応答信号生成部３を構成してもよい。

また、本実施の形態では、応答信号生成部３からの応答信号３Ｓをそのまま波形情報検出部４Ｂへ入力する場合を例として説明したが、応答信号生成部３と波形情報検出部４Ｂとの間にローパスフィルタを設けてもよい。これにより、三角波からなる応答信号３Ｓに含まれる高周波成分を除去することができ、波形情報検出部４Ｂにおける波形情報の検出精度を高めることができる。

［第１０の実施の形態］
次に、図１７を参照して、本発明の第１０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１７は、本発明の第１０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り、前述した図８と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。

第６の実施の形態では、第２の実施の形態において、応答信号生成部３の駆動回路３１をドライバ回路３１Ａで構成し、電流−電圧変換回路３２を差動増幅器３２Ａとドライバ回路３２Ｂで構成し、波形整形回路２２を正弦波発生回路２２Ａで構成して、被検体のインピーダンスを位相情報として検出出力する場合を例として説明した。
本実施の形態では、第６の実施の形態において、波形整形回路２２を台形波発生回路２２Ｃで構成した場合について説明する。

図１７において、台形波発生回路２２Ｃは、図２の波形整形回路２２の具体例であり、周波数発生回路２１からのクロック信号２１Ｓに基づき台形波からなる交流の供給信号２Ｓを生成して応答信号生成部３へ出力する機能を有している。なお、台形波発生回路２２Ｃは、一般的な公知の回路を用いればよく、正弦波発生回路と比較して回路構成を簡素化できる。また、台形波形によれば、三角波と比較して高周波成分が少なく正弦波に近い波形を生成でき、被検体１０のインピーダンスをより正確に検出できる。
なお、台形波発生回路２２Ｃ以外の構成については、第６の実施の形態と同等であり、ここでの詳細な説明は省略する。

次に、図１７を参照して、本発明の第１０の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置の動作について説明する。
台形波発生回路２２Ｃから出力されて応答信号生成部３に入力された台形波からなる供給信号２Ｓは、差動増幅器３２Ａの正極性入力端子に入力される。差動増幅器３２Ａは、ドライバ回路３１Ａとドライバ回路３２Ｂの入力として駆動信号３２Ｓを出力する。ドライバ回路３１Ａは、駆動信号３２Ｓに基づいて印加信号１Ｓを生成し、検出素子１に印加する。これにより、被検体１０のインピーダンスに電流が流れる。

図１８は、本発明の第１０の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置の動作を示す信号波形図である。図１９は、本発明の第１０の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置の動作を示す他の信号波形図である。
供給信号生成部２の台形波発生回路２２Ｃ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ＶＡを中心電圧とした、台形波からなる供給信号２Ｓが生成される。

ここで、図１８に示すように、被検体１０のインピーダンスが容量成分のみの場合、台形波からなる供給信号２Ｓを被検体１０へ入力すると、そのインピーダンスに流れる電流は台形波の微分応答波形となり、矩形の階段波形を有する応答信号３Ｓｃが得られる。
また、被検体１０のインピーダンスが抵抗成分のみの場合、台形波からなる供給信号２Ｓを被検体１０へ入力すると、そのインピーダンスに流れる電流は台形波と同じ波形の応答波形となり、元の台形波の波形を有する応答信号３Ｓｒが得られる。

したがって、被検体１０のインピーダンスが容量成分と抵抗成分を持つ場合、台形波からなる供給信号２Ｓを被検体１０へ入力すると、そのインピーダンスに流れる電流は、台形波の微分応答と元の台形波とが合成された波形となる。したがって、応答信号３Ｓは、応答信号３Ｓｃと応答信号３Ｓｒが合成された波形、すなわち、台形波の上昇期間、平坦区間、および下降期間で、微分応答分だけ電圧のズレを有する信号波形となる。

被検体１０に印加信号１Ｓが印加されると、被検体１０に流れる電流により印加信号１Ｓの電圧が降下し、その位相も変化する。この位相変化が電流情報信号３１Ｓの位相情報となる。
図１９に示すように、差動増幅器３２Ａは、供給信号２Ｓと電流情報信号３１Ｓが同じになるように駆動信号３２Ｓを調整して出力する。その結果、電位ＶＡを中心電圧とした供給信号２Ｓの波形に対して、駆動信号３２Ｓは電圧降下を補う電圧分だけ上昇した波形、すなわちオフセット補正電位ＶＡ１を中心電圧とする波形になる。

このように、本実施の形態は、第６の実施の形態のうち、応答信号生成部３の駆動回路３１をドライバ回路３１Ａで構成し、電流−電圧変換回路３２を差動増幅器３２Ａとドライバ回路３２Ｂで構成し、さらに波形整形回路２２を台形波発生回路２２Ｃで構成したので、極めて簡素な回路で、被検体１０に固有のインピーダンスのうちリアクタンス成分を示す情報を、被検体のインピーダンスの大小にかかわらず、広い入力ダイナミックレンジで安定して検出することが可能となる。また、供給信号２Ｓとして台形波形を用いたので、三角波と比較して高周波成分が少なく正弦波に近い波形を生成でき、被検体１０のインピーダンスをより正確に検出できる。

また、本実施の形態では、応答信号生成部３からの応答信号３Ｓをそのまま波形情報検出部４Ｂへ入力する場合を例として説明したが、応答信号生成部３と波形情報検出部４Ｂとの間にローパスフィルタを設けてもよい。これにより、台形波からなる応答信号３Ｓに含まれる高周波成分を除去することができ、波形情報検出部４Ｂにおける波形情報の検出精度を高めることができる。

［第１１の実施の形態］
次に、図２０を参照して、本発明の第１１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２０は、本発明の第１１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り、前述した図１０と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。

第７の実施の形態では、第３の実施の形態において、応答信号生成部３の駆動回路３１をドライバ回路３１Ａで構成し、電流−電圧変換回路３２を差動増幅器３２Ａとドライバ回路３２Ｂで構成し、波形整形回路２２を正弦波発生回路２２Ａで構成して、被検体のインピーダンスを振幅情報として検出出力する場合を例として説明した。
本実施の形態では、第７の実施の形態において、波形整形回路２２を台形波発生回路２２Ｃで構成した場合について説明する。

図２０において、台形波発生回路２２Ｃは、図３の波形整形回路２２の具体例であり、周波数発生回路２１からのクロック信号２１Ｓに基づき台形波からなる交流の供給信号２Ｓを生成して応答信号生成部３へ出力する機能を有している。なお、台形波発生回路２２Ｃは、一般的な公知の回路を用いればよく、正弦波発生回路と比較して回路構成を簡素化できる。また、台形波形によれば、三角波と比較して高周波成分が少なく正弦波に近い波形を生成でき、被検体１０のインピーダンスをより正確に検出できる。
なお、台形波発生回路２２Ｃ以外の構成については、第７の実施の形態と同等であり、ここでの詳細な説明は省略する。

次に、図２０を参照して、本発明の第１１の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置の動作について説明する。
台形波発生回路２２Ｃから出力されて応答信号生成部３に入力された台形波からなる供給信号２Ｓは、差動増幅器３２Ａの正極性入力端子に入力される。差動増幅器３２Ａは、ドライバ回路３１Ａとドライバ回路３２Ｂの入力として駆動信号３２Ｓを出力する。ドライバ回路３１Ａは、駆動信号３２Ｓに基づいて印加信号１Ｓを生成し、検出素子１に印加する。これにより、被検体１０のインピーダンスに電流が流れる。

図２１は、本発明の第１１の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置の動作を示す信号波形図である。
供給信号生成部２の台形波発生回路２２Ｃ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ＶＡを中心電圧とした、三角波からなる供給信号２Ｓが生成される。

ここで、図１３で説明したように、被検体１０のインピーダンスが容量成分と抵抗成分を持つ場合、台形波からなる供給信号２Ｓを被検体１０へ入力すると、そのインピーダンスに流れる電流は、台形波の微分応答と元の台形波とが合成された波形となる。したがって、応答信号３Ｓは、このような合成波形、台形波の上昇期間、平坦区間、および下降期間で、微分応答分だけ電圧のズレを有する信号波形となる。

このように、本実施の形態は、第３の実施の形態のうち、応答信号生成部３の駆動回路３１をドライバ回路３１Ａで構成し、さらに波形整形回路２２を台形波発生回路２２Ｃで構成したので、電流−電圧変換回路３２を差動増幅器３２Ａで構成したので、極めて簡素な回路で、被検体１０に固有のインピーダンスのうち抵抗成分を示す情報を、被検体のインピーダンスの大小にかかわらず、広い入力ダイナミックレンジで安定して検出することが可能となる。また、供給信号２Ｓとして台形波形を用いたので、三角波と比較して高周波成分が少なく正弦波に近い波形を生成でき、被検体１０のインピーダンスをより正確に検出できる。

［第１２の実施の形態］
次に、図２２を参照して、本発明の第１２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２２は、本発明の第１２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１０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から構成されており、被検体１０に対して所定の印加信号を印加し、被検体１０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、インピーダンス検出装置１００からの検出信号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１０に対する生体か否かの認識判定を行い、被検体１０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１０２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、高い精度で被検体のインピーダンスを検出でき、被検体に対する生体認識精度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１０から検出した指紋データ１Ｆ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１０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、被検体１０から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、高い精度で被検体のインピーダンスを検出でき、被検体に対する生体認識精度を高めることができる。したがって、高い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を高めることができる。

［実施の形態の拡張］
以上の各実施の形態では、波形情報検出部４（４Ａ，４Ｂ）で、位相差または振幅のいずれかを検出する場合を例として説明したが、これら位相差および振幅の両方を並列的に検出し、それぞれの検出信号に基づき生体認識部５で被検体１０が生体か否かを判定するようにしてもよい。これにより、被検体の材料や材質を選択してその抵抗成分およびリアクタンス成分を個別に調整することが極めて難しくなり、人工指による不正認識行為に対して高いセキュリティが得られる。

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２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３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４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４の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置の動作を示す信号波形図である。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構成を示すブロック図である。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動作を示す信号波形図である。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構成を示すブロック図である。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動作を示す信号波形図である。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構成を示すブロック図である。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動作を示す信号波形図である。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構成を示すブロック図である。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動作を示す信号波形図である。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動作を示す他の信号波形図である。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構成を示すブロック図である。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動作を示す信号波形図である。本発明の第１０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１０の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置の動作を示す信号波形図である。本発明の第１０の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置の動作を示す他の信号波形図である。本発明の第１１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１１の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置の動作を示す信号波形図である。本発明の第１２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２３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２６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。

符号の説明

１００…インピーダンス検出装置、１Ｓ…印加信号、１…検出素子、１１，１２…検出電極、２…供給信号生成部、２１…周波数発生回路、２１Ｓ…クロック信号、２２…波形整形回路、２２Ａ…正弦波発生回路、２２Ｂ…三角波発生回路、２２Ｃ…台形波発生回路、２Ｓ…供給信号、３…応答信号生成部、３Ｓ…応答信号、３１…駆動回路、３１Ａ…ドライバ回路、３１Ｓ…電流情報信号、３２…電流−電圧変換回路、３２Ａ…差動増幅器、３２Ｂ…ドライバ回路、３２Ｓ…駆動信号、４，４Ａ，４Ｂ…波形情報検出部、４Ｓ，４ＡＳ，４ＢＳ…検出信号、４１…オフセット補正回路、４２…基準信号発生回路、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、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。

Claims

被検体と電気的に接触する検出素子と、
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、
前記応答信号から当該応答信号の波形の特徴を示す波形情報を検出し、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、
前記応答信号生成部は、
所定の駆動信号に応じた印加信号を前記検出素子を介して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応じた電流情報信号を検出出力する駆動回路と、
前記電流情報信号に基づいて前記供給信号と等しい前記印加信号を得るための駆動信号を前記駆動回路へ出力するとともに、前記電流情報信号に基づいて前記被検体に流れる電流を電圧信号からなる前記応答信号に変換して前記波形情報検出部へ出力する電流−電圧変換回路と
を有する
ことを特徴とするインピーダンス検出装置。
請求項１に記載のインピーダンス検出装置において、
前記駆動回路は、入力端子に入力された前記駆動信号を増幅して出力端子から前記印加信号と前記電流情報信号を出力する第１のドライバ回路からなり、
前記電流−電圧変換回路は、前記供給信号が第１の入力端子に入力され、前記電流情報信号が負帰還となるよう前記第１の入力端子とは逆極性の第２の入力端子に入力され、出力端子から前記駆動信号と前記応答信号を出力する差動増幅器からなる
ことを特徴とするインピーダンス検出装置。
請求項１に記載のインピーダンス検出装置において、
前記駆動回路は、入力端子に前記駆動信号が入力され、出力端子から前記印加信号と前記電流情報信号を出力する第１のドライバ回路からなり、
前記電流−電圧変換回路は、前記供給信号が第１の入力端子に入力され、前記電流情報信号が負帰還となるよう前記第１の入力端子とは逆極性の第２の入力端子に入力され、出力端子から前記駆動信号を出力する差動増幅器と、入力端子に入力された前記駆動信号を増幅して出力端子から前記応答信号を出力する第２のドライバ回路からなる
ことを特徴とするインピーダンス検出装置。
請求項１に記載のインピーダンス検出装置において、
前記検出素子は、前記被検体と電気的に接触しかつ所定の共通電位に接続されている第１の検出電極と、前記被検体と電気的に接触する第２の検出電極とを有し、
前記応答信号生成部は、前記駆動回路により、前記印加信号を前記第２の検出電極へ印加するとともに、前記第２の検出電極を介して前記被検体のインピーダンスに応じて流れる電流の位相変化を含む前記電流情報信号を検出し、前記電流−電圧変換回路により、前記電流情報信号に基づいて前記位相変化を含む前記応答信号を前記波形情報検出部へ出力し、
前記波形情報検出部は、所定の基準信号と前記応答信号との位相を比較し、当該位相差を前記応答信号の波形情報として検出することを特徴とするインピーダンス検出装置。
請求項１に記載のインピーダンス検出装置において、
前記検出素子は、前記被検体と電気的に接触しかつ所定の共通電位に接続されている第１の検出電極と、前記被検体と電気的に接触する第２の検出電極とを有し、
前記応答信号生成部は、前記駆動回路により、前記印加信号を前記第２の検出電極へ印加するとともに、前記第２の検出電極を介して前記被検体のインピーダンスに応じて流れる電流の振幅変化を含む前記電流情報信号を検出し、前記電流−電圧変換回路により、前記電流情報信号に基づいて前記振幅変化を含む前記応答信号を前記波形情報検出部へ出力し、
前記波形情報検出部は、前記応答信号の振幅を前記応答信号の波形情報として検出することを特徴とするインピーダンス検出装置。
請求項１に記載のインピーダンス検出装置において、
前記供給信号生成部は、所定周波数のクロック信号を生成して出力する周波数発生回路と、前記クロック信号に基づいて当該クロック信号に同期した正弦波、三角波、または台形波のいずれか１つを生成し前記供給信号として出力する波形整形回路とを有することを特徴とするインピーダンス検出装置。
検出素子を介して電的に接触した被検体に対し、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、
前記応答信号から当該応答信号の波形の特徴を示す波形情報を検出し、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、
前記応答信号生成ステップは、
所定の駆動信号に応じた印加信号を前記検出素子を介して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応じた電流情報信号を検出出力する駆動ステップと、
前記電流情報信号に基づいて前記供給信号と等しい前記印加信号を得るための駆動信号を前記駆動ステップへ出力するとともに、前記電流情報信号に基づいて前記被検体に流れる電流を電圧信号からなる前記応答信号に変換して前記波形情報検出ステップへ出力する電流−電圧変換ステップと
を有する
ことを特徴とするインピーダンス検出方法。
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。
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８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。