JP4931526B2 - 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
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 Download PDFInfo
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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２４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４Ｘ、および生体認識部５が設けられている。
図２４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４Ｘ、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４Ｘへ出力する。
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４Ｘへ出力する。
波形情報検出部４Ｘ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４Ｘ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。
生体認識部５は波形情報検出部４Ｘ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４Ｘ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。
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４Ｘ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４Ｘ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。
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２５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２５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２４と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
図２５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４Ｘには、オフセット補正回路４１Ｘ、基準信号発生回路４２Ｘ、および位相比較回路４３Ｘ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。
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４Ｘには、オフセット補正回路４１Ｘ、基準信号発生回路４２Ｘ、および位相比較回路４３Ｘ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４Ｘのオフセット補正回路４１Ｘ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電位すなわち応答信号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４１ＸＳとして位相比較回路４３Ｘへ出力する。基準信号発生回路４２Ｘは、供給信号２Ｓに同期した基準信号４２ＸＳを位相比較回路４３Ｘへ出力する。位相比較回路４３Ｘは、被比較信号４１ＸＳと基準信号４２ＸＳ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４Ｓを出力する。
図２５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、被検体１０に固有のインピーダンスに応じてその位相および振幅が変化し、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。
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、被検体１０に固有のインピーダンスに応じてその位相および振幅が変化し、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２６は、図２５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電位を含む信号となる。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４１Ｘは、応答信号３Ｓの中心電圧が位相比較回路４３Ｘで用いる基準電位ＶＢと一致するようにレベルシフトし、オフセット電位が補正された被比較信号４１ＸＳを出力する。位相比較回路４３Ｘは、被比較信号４１ＸＳと基準信号４２ＸＳ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。
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に応じた位相差を検出する際、アナログ信号からなる被比較信号と基準信号の位相を比較しているため、回路の複雑化や半導体プロセスの変動による検出精度の低下を招く要因となり、簡素な回路構成で被検体のインピーダンスを高精度で検出できるインピーダンス検出装置を実現できないという問題点があった。
すなわち、従来技術では、波形情報検出部において被検体のインピーダンスに応じた位相差を検出する場合、アナログ電位を補正・検出するアナログ回路を用いて、アナログ信号からなる被比較信号と基準信号の位相を比較している。このため、被検体のインピーダンスの検出精度を高めようとした場合、上記アナログ回路が複雑化し、回路規模が増大する。
また、半導体プロセス技術を用いた集積回路によりアナログ回路を構成した場合、プロセス変動等の要因でその特性が変動するため、アナログ電位を補正・検出するアナログ回路において、位相差や振幅の波形情報の検出精度が低下してしまう。
また、半導体プロセス技術を用いた集積回路によりアナログ回路を構成した場合、プロセス変動等の要因でその特性が変動するため、アナログ電位を補正・検出するアナログ回路において、位相差や振幅の波形情報の検出精度が低下してしまう。
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、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、簡素な回路構成で、プロセス変動等の要因による検出精度の劣化を抑制でき、被検体のインピーダンスを高精度で検出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交流の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に応じた検出信号を生成して出力する波形情報検出部とを備え、波形情報検出部は、アナログ信号である応答信号を当該応答信号の電位と所定の基準電位との大小関係に対応してＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルのいずれかの電位からなるフル振幅のデジタル信号に変換し被比較信号として出力する応答信号変換回路と、供給信号に同期した矩形波のデジタル基準信号と被比較信号との位相を比較することにより、波形情報として被比較信号と供給信号の位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる第１の検出信号を生成し検出信号として出力するデジタル位相比較回路とを有している。
この際、上記インピーダンス検出装置において、応答信号変換回路を、応答信号を増幅することによりデジタル信号に変換し被比較信号として出力するリミッタアンプから構成する。
あるいは、上記インピーダンス検出装置において、応答信号変換回路を、応答信号を所定のしきい値電圧と比較することによりデジタル信号に変換し被比較信号として出力するしきい値回路から構成する。
この際、しきい値回路で、応答信号を所定のしきい値電圧と比較することにより得られた被比較信号を、被検体のインピーダンスにより変化する応答信号の電圧変化に応じたパルス幅を有する第２の検出信号として出力するようにしてもよい。
あるいは、上記インピーダンス検出装置において、応答信号変換回路を、応答信号を所定のしきい値電圧と比較することによりデジタル信号に変換し被比較信号として出力するしきい値回路から構成する。
この際、しきい値回路で、応答信号を所定のしきい値電圧と比較することにより得られた被比較信号を、被検体のインピーダンスにより変化する応答信号の電圧変化に応じたパルス幅を有する第２の検出信号として出力するようにしてもよい。
あるいは、上記インピーダンス検出装置において、デジタル位相比較回路を、被比較信号とデジタル基準信号の排他的論理和を検出信号として出力する排他的論理和回路から構成する。
あるいは、上記インピーダンス検出装置において、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、波形情報検出部は、クロック信号をデジタル基準信号として用いる。
あるいは、上記インピーダンス検出装置において、波形情報検出部に、供給信号を所定のしきい値電圧と比較することによりデジタル信号に変換しデジタル基準信号として出力するしきい値回路からなるデジタル基準信号発生回路を設ける。
あるいは、上記インピーダンス検出装置において、波形情報検出部に、供給信号に同期した基準信号を生成する基準信号発生回路と、基準信号を所定のしきい値電圧と比較することによりデジタル信号に変換しデジタル基準信号として出力するしきい値回路と、からなるデジタル基準信号発生回路を設ける。
あるいは、上記インピーダンス検出装置において、波形情報検出部に、波形情報として応答信号の電圧変化を検出し、当該電圧変化に基づいて応答信号を応答信号の大きさに応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる第２の検出信号へ変換し検出信号として出力するパルス変換回路をさらに設ける。
この際、パルス変換回路は、応答信号を所定のしきい値電圧と比較し、その比較結果に応じたデジタル信号を第２の検出信号として出力するしきい値回路から構成してもよい。
あるいは、上記インピーダンス検出装置において、波形情報検出部に、応答信号に含まれる高周波成分を除去するローパスフィルタをさらに設け、応答信号変換回路で、ローパスフィルタから出力された応答信号を被比較信号へ変換するようにする。
あるいは、上記インピーダンス検出装置において、応答信号生成部を、供給信号生成部と検出素子との間に接続された抵抗素子と、当該抵抗素子の両端電圧を差動増幅することにより応答信号を生成して出力する差動増幅器を有する電流−電圧変換回路から構成する。
あるいは、上記インピーダンス検出装置において、応答信号生成部を、一端が供給信号生成部に接続された第１の抵抗素子と、当該第１の抵抗素子の他端と検出素子との間に接続された第２の抵抗素子と、第２の抵抗素子の両端電圧を差動増幅することにより応答信号を生成して出力する差動増幅器を有する電流−電圧変換回路から構成する。
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気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、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、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に応じた検出信号を生成して出力する波形情報検出ステップとを備え、波形情報検出ステップは、アナログ信号である応答信号を当該応答信号の電位と所定の基準電位との大小関係に対応してＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルのいずれかの電位からなるフル振幅のデジタル信号に変換し被比較信号として出力する応答信号変換ステップと、供給信号に同期した矩形波のデジタル基準信号と被比較信号との位相を比較することにより、波形情報として被比較信号と供給信号の位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる第１の検出信号を生成し検出信号として出力するデジタル位相比較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、波形情報検出部の応答信号変換回路により、応答信号生成部からのアナログ信号である応答信号が当該応答信号の電位と所定の基準電位との大小関係に対応してＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルのいずれかの電位からなるフル振幅のデジタル信号に変換し被比較信号として出力され、波形情報検出部のデジタル位相比較回路により、供給信号生成部からの供給信号に同期した矩形波のデジタル基準信号と被比較信号との位相が比較され、波形情報として被比較信号と供給信号の位相差が検出され、当該波形情報に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる検出信号が生成されて出力される。
これにより、アナログ回路を複雑化することなく、簡素な回路構成で、プロセス変動等の要因による検出精度の劣化を抑制でき、被検体のインピーダンスを高精度で検出することが可能となる。
これにより、アナログ回路を複雑化することなく、簡素な回路構成で、プロセス変動等の要因による検出精度の劣化を抑制でき、被検体のインピーダンスを高精度で検出することが可能となる。
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２４と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
［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２４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、波形情報検出部４に、応答信号変換回路４１とデジタル位相比較回路４３とを設け、応答信号変換回路４１により、応答信号生成部３からの応答信号３Ｓを当該応答信号３Ｓの電圧変化を示すデジタル信号からなる被比較信号４１Ｓに変換して出力し、デジタル位相比較回路４３により、供給信号生成部２からの供給信号２Ｓに同期した矩形波のデジタル基準信号４２Ｓと被比較信号４１Ｓとの位相を比較することにより、波形情報として被比較信号４１Ｓと供給信号２Ｓの位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる検出信号（第１の検出信号）４Ｓを生成して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１１，１２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。
検出素子１は、検出電極１１，１２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。
検出電極（第１の検出電極）１１は、接地電位などの共通電位に接続され、検出電極（第２の検出電極）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。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、周波数発生回路２１と波形整形回路２２を有し、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。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は、電流−電圧変換回路３２を有し、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。電流−電圧変換回路３２は、印加信号１Ｓ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へ出力する機能を有している。
波形情報検出部４は、応答信号変換回路４１、デジタル基準信号発生回路４２、およびデジタル位相比較回路４３を有し、応答信号生成部３からの応答信号３Ｓの波形から、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との位相差を検出する機能と、これら位相差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。
応答信号変換回路４１は、応答信号生成部３からの応答信号３Ｓを当該応答信号３Ｓの電圧変化を示すデジタル信号からなる被比較信号４１Ｓに変換して出力する機能を有している。デジタル基準信号発生回路４２は、供給信号生成部２からの供給信号２Ｓに同期した矩形波のデジタル基準信号４２Ｓを生成する機能を有している。デジタル位相比較回路４３は、応答信号変換回路４１からの被比較信号４１Ｓとデジタル基準信号発生回路４２からのデジタル基準信号４２Ｓとの位相をデジタル信号処理で比較することにより、波形情報として被比較信号４１Ｓと供給信号２Ｓの位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる検出信号（第１の検出信号）４Ｓを生成して出力する機能を有している。
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を介して印加信号１Ｓとして検出素子１に印加される。
電流−電圧変換回路３２は、検出素子１を介して被検体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へ流れた電流を電圧に変換し応答信号３Ｓとして出力する。
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を介して印加信号１Ｓとして検出素子１に印加される。
電流−電圧変換回路３２は、検出素子１を介して被検体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４は、応答信号３Ｓに含まれる位相情報を検出し、この位相情報を含んだ検出信号４Ｓを出力する。
この際、波形情報検出部４の応答信号変換回路４１は、応答信号生成部３からの応答信号３Ｓを当該応答信号３Ｓの電圧変化を示すデジタル信号からなる被比較信号４１Ｓに変換して出力する。デジタル位相比較回路４３は、応答信号変換回路４１からの被比較信号４１Ｓとデジタル基準信号発生回路４２からのデジタル基準信号４２Ｓとの位相をデジタル信号処理で比較することにより、波形情報として被比較信号４１Ｓと供給信号２Ｓの位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる検出信号４Ｓを生成して出力する。
この際、波形情報検出部４の応答信号変換回路４１は、応答信号生成部３からの応答信号３Ｓを当該応答信号３Ｓの電圧変化を示すデジタル信号からなる被比較信号４１Ｓに変換して出力する。デジタル位相比較回路４３は、応答信号変換回路４１からの被比較信号４１Ｓとデジタル基準信号発生回路４２からのデジタル基準信号４２Ｓとの位相をデジタル信号処理で比較することにより、波形情報として被比較信号４１Ｓと供給信号２Ｓの位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる検出信号４Ｓを生成して出力する。
このように、本実施の形態は、波形情報検出部４に、応答信号変換回路４１とデジタル位相比較回路４３とを設け、応答信号変換回路４１により、応答信号生成部３からの応答信号３Ｓを当該応答信号３Ｓの電圧変化を示すデジタル信号からなる被比較信号４１Ｓに変換して出力し、デジタル位相比較回路４３により、供給信号生成部２からの供給信号２Ｓに同期した矩形波のデジタル基準信号４２Ｓと被比較信号４１Ｓとの位相を比較することにより、波形情報として被比較信号４１Ｓと供給信号２Ｓの位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる検出信号４Ｓを生成して出力するようにしたので、アナログ回路を複雑化することなく、簡素な回路構成で、プロセス変動等の要因による検出精度の劣化を抑制でき、被検体のインピーダンスを高精度で検出することが可能となる。
また、本実施の形態は、供給信号生成部を、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から構成したので、極めて簡単な回路構成で所定周波数の任意波形の供給信号を生成できる。
また、本実施の形態は、検出素子を、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して応答信号生成部からの印加信号を被検体へ印加する第２の検出電極とから構成したので、極めて簡単な構成で被検体へ電流を印加でき、被検体のインピーダンスに応じた電流変化を検出できる。
また、本実施の形態は、検出素子を、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して応答信号生成部からの印加信号を被検体へ印加する第２の検出電極とから構成したので、極めて簡単な構成で被検体へ電流を印加でき、被検体のインピーダンスに応じた電流変化を検出できる。
［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。
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の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置の具体的構成例として、波形情報検出部４において、応答信号変換回路４１をリミッタアンプ４１Ａから構成し、デジタル基準信号発生回路４２を基準信号発生回路４２Ａとしきい値回路４２Ｂから構成し、デジタル位相比較回路４３をＸＯＲ回路から構成した場合について説明する。なお、ここでは供給信号２Ｓとして正弦波を用いる場合を例として説明する。
図２において、波形情報検出部４のリミッタアンプ４１Ａは、十分な増幅率を有する増幅器であり、アナログ電圧信号からなる応答信号３Ｓを、その中心電圧を基準としピーク値としてＨｉｇｈレベル（電源電位ＶＤＤ）とＬｏｗレベル（接地電位ＧＮＤ）のいずれかの電位からなるフル振幅のデジタル信号に変換し、被比較信号４１Ｓとして出力する機能を有している。リミッタアンプについては、本実施の形態に独特の構成は必要なく、一般的な公知の回路を用いればよい。
デジタル基準信号発生回路４２は、基準信号発生回路４２Ａとしきい値回路４２Ｂを有している。基準信号発生回路４２Ａは、供給信号２Ｓに同期した例えば正弦波からなる基準信号を出力する機能を有している。しきい値回路４２Ｂは、インバータ回路（反転論理回路）を組み合わせたバッファ回路等により実現され、基準信号発生回路４２Ａからの基準信号を所定のしきい値電圧Ｖｔ１と比較することによりデジタル信号に変換しデジタル基準信号４２Ｓとして出力する機能を有している。しきい値回路については、本実施の形態に独特の構成は必要なく、一般的な公知の回路を用いればよい。
デジタル位相比較回路４３は、ＸＯＲ回路４３Ａを有している。このＸＯＲ回路４３Ａは、応答信号変換回路４１からの被比較信号４１Ｓとデジタル基準信号発生回路４２からのデジタル基準信号４２Ｓとの排他的論理和を算出することにより、両者の位相をデジタル信号処理で比較する機能を有している。これにより、ＸＯＲ回路４３Ａで、波形情報として被比較信号４１Ｓと供給信号２Ｓの位相差が検出され、当該位相差に基づいて検出信号４Ｓが生成されて出力される。
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と検出素子１との間に接続された抵抗素子（第１の抵抗素子）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に印加する機能と、検出素子１の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により変化する印加信号１Ｓの電流変化を元にして、被検体１０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として出力する機能とを有している。
供給信号生成部２には、波形整形回路２２として正弦波発生回路２２Ａが設けられている。正弦波発生回路２２Ａは、図１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、本実施の形態にかかるインピーダンス検出装置において、波形情報検出部４、電流−電圧変換回路３１、および正弦波発生回路２２Ａ以外の構成については、第１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。
なお、本実施の形態にかかるインピーダンス検出装置において、波形情報検出部４、電流−電圧変換回路３１、および正弦波発生回路２２Ａ以外の構成については、第１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に入力された交流正弦波の供給信号２Ｓは、抵抗素子Ｒｓからなる電流−電圧変換回路３１を介し、印加信号１Ｓとして検出素子１に印加される。電流−電圧変換回路３１は、この印加信号１Ｓの電流変化を元にして、被検体１０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。
波形整形回路２２から出力されて応答信号生成部３に入力された交流正弦波の供給信号２Ｓは、抵抗素子Ｒｓからなる電流−電圧変換回路３１を介し、印加信号１Ｓとして検出素子１に印加される。電流−電圧変換回路３１は、この印加信号１Ｓの電流変化を元にして、被検体１０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。
波形情報検出部４は、リミッタアンプ４１Ａにより、応答信号３Ｓをその中心電圧を基準として増幅することにより、当該応答信号３Ｓの電圧変化を示すデジタル信号からなる被比較信号４１Ｓに変換し、デジタル位相比較回路４３により、応答信号変換回路４１からの被比較信号４１Ｓとデジタル基準信号発生回路４２からのデジタル基準信号４２Ｓとの位相をデジタル信号処理で比較することにより、波形情報として被比較信号４１Ｓと供給信号２Ｓの位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる検出信号４Ｓを生成して出力する。
図３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動作を示す信号波形図である。ここでは、供給信号２Ｓが正弦波からなる場合を例として説明する。
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、応答信号生成部３へ出力される。
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、応答信号生成部３へ出力される。
この供給信号２Ｓが応答信号生成部３の抵抗素子Ｒｓを介して被検体１０に印加信号１Ｓが印加されると、被検体１０に流れる電流の位相および振幅が、被検体１０に固有のインピーダンスに応じて変化する。応答信号生成部３において、この電流変化が電圧信号に変換され、応答信号３Ｓとして出力される。
応答信号３Ｓは、被検体１０の抵抗成分によるオフセット電位を含む信号となる。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。
応答信号３Ｓは、被検体１０の抵抗成分によるオフセット電位を含む信号となる。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。
このオフセット電位を含む応答信号３Ｓは、応答信号変換回路４１のリミッタアンプ４１Ａで増幅されて、オフセット電位を含まない矩形波のデジタル信号からなる被比較信号４１Ｓに変換される。
また、基準信号発生回路４２Ａからの基準信号は、しきい値回路４２Ｂにより、その基準信号の中心電圧であるしきい値電圧Ｖｔ１と比較されてデジタル基準信号４２Ｓに変換される。
これら被比較信号４１Ｓとデジタル基準信号４２Ｓは、デジタル位相比較回路４３のＸＯＲ回路４３Ａに入力されて位相差が検出され、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４Ｓが出力される。
また、基準信号発生回路４２Ａからの基準信号は、しきい値回路４２Ｂにより、その基準信号の中心電圧であるしきい値電圧Ｖｔ１と比較されてデジタル基準信号４２Ｓに変換される。
これら被比較信号４１Ｓとデジタル基準信号４２Ｓは、デジタル位相比較回路４３のＸＯＲ回路４３Ａに入力されて位相差が検出され、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４Ｓが出力される。
このように、本実施の形態は、応答信号変換回路４１を、応答信号３Ｓを増幅することによりデジタル信号に変換し被比較信号４１Ｓとして出力するリミッタアンプ４１Ａにより実現したので、被検体１０のインピーダンスに応じた振幅を有し、かつ直流のオフセット電位を含むアナログ信号の応答信号３Ｓを、極めて簡素な回路構成でデジタル信号の被比較信号４１Ｓに変換できる。
また、本実施の形態は、デジタル位相比較回路４３を、被比較信号４１Ｓとデジタル基準信号４２Ｓの排他的論理和を検出信号４Ｓとして出力するＸＯＲ回路４３Ａにより実現したので、被検体１０のインピーダンスのリアクタンス成分に応じたパルス幅を有する検出信号４Ｓを、極めて簡素な回路で検出出力することができる。
なお、本実施の形態では、デジタル基準信号発生回路４２で、供給信号２Ｓとは別個にデジタル基準信号４２Ｓを生成する場合を例として説明したが、供給信号２Ｓに基づきデジタル基準信号４２Ｓを生成してもよい。
図４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他の構成を示すブロック図であり、図２と比較して、デジタル基準信号発生回路４２が、しきい値回路４２Ｃから構成されている点が異なる。
図４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他の構成を示すブロック図であり、図２と比較して、デジタル基準信号発生回路４２が、しきい値回路４２Ｃから構成されている点が異なる。
図４のしきい値回路４２Ｃは、インバータ回路（反転論理回路）を組み合わせたバッファ回路等により実現され、供給信号生成部２からの供給信号２Ｓを所定のしきい値電圧Ｖｔ１と比較することによりデジタル信号に変換しデジタル基準信号４２Ｓとして出力する機能を有している。しきい値回路については、本実施の形態に独特の構成は必要なく、一般的な公知の回路を用いればよい。
これにより、デジタル基準信号発生回路４２において、供給信号生成部２の周波数発生回路２１と同期した基準信号を発生させる精度の高い基準信号発生回路４２Ａを省くことができ、回路の簡素化やコストダウンを実現できる。
これにより、デジタル基準信号発生回路４２において、供給信号生成部２の周波数発生回路２１と同期した基準信号を発生させる精度の高い基準信号発生回路４２Ａを省くことができ、回路の簡素化やコストダウンを実現できる。
この他、図５に示すように、デジタル基準信号４２Ｓとして、供給信号生成部２の周波数発生回路２１から出力されるクロック信号２１Ｓを用いてもよい。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他の構成を示すブロック図であり、図２と比較して、供給信号生成部２の周波数発生回路２１から出力されるクロック信号２１Ｓがデジタル基準信号４２Ｓとしてそのままデジタル位相比較回路４３へ入力されている。
これにより、波形情報検出部４において、デジタル基準信号発生回路４２そのものを省くことができ、回路の簡素化やコストダウンを実現できる。
これにより、波形情報検出部４において、デジタル基準信号発生回路４２そのものを省くことができ、回路の簡素化やコストダウンを実現できる。
［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構成を示すブロック図であり、前述した図４と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
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構成を示すブロック図であり、前述した図４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、応答信号生成部３の電流−電圧変換回路３１を抵抗素子Ｒｓで構成した場合を例として説明した。
本実施の形態では、電流−電圧変換回路３１を抵抗素子Ｒｓと差動増幅器３１Ａで構成した場合を例として説明する。
本実施の形態では、電流−電圧変換回路３１を抵抗素子Ｒｓと差動増幅器３１Ａで構成した場合を例として説明する。
図６において、応答信号生成部３の電流−電圧変換回路３１には、抵抗素子（第１の抵抗素子）Ｒｓと差動増幅器３１Ａが設けられている。
抵抗素子Ｒｓ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である。差動増幅器３１Ａ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、逆極性入力端子が検出電極１２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。この差動増幅器３１Ａ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印加信号１Ｓを差動増幅して、出力端子から応答信号３Ｓを出力する機能を有している。
抵抗素子Ｒｓ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である。差動増幅器３１Ａ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、逆極性入力端子が検出電極１２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。この差動増幅器３１Ａ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印加信号１Ｓを差動増幅して、出力端子から応答信号３Ｓを出力する機能を有している。
なお、本実施の形態にかかるインピーダンス検出装置において、電流−電圧変換回路３１以外の構成については、第２の実施の形態の図４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。
応答信号生成部３に入力された交流正弦波の供給信号２Ｓは、電流−電圧変換回路３１の抵抗素子Ｒｓを介し、印加信号１Ｓとして検出素子１に印加される。この際、被検体１０のインピーダンスに応じて印加信号１Ｓの電流が変化し、その電流変化が抵抗素子Ｒｓの両端に発生する。差動増幅器３１Ａは、この抵抗素子Ｒｓの両端の電位差を差動増幅することにより、被検体１０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。
応答信号生成部３に入力された交流正弦波の供給信号２Ｓは、電流−電圧変換回路３１の抵抗素子Ｒｓを介し、印加信号１Ｓとして検出素子１に印加される。この際、被検体１０のインピーダンスに応じて印加信号１Ｓの電流が変化し、その電流変化が抵抗素子Ｒｓの両端に発生する。差動増幅器３１Ａは、この抵抗素子Ｒｓの両端の電位差を差動増幅することにより、被検体１０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。
波形情報検出部４は、リミッタアンプ４１Ａにより、応答信号３Ｓをその中心電圧を基準として増幅することにより、当該応答信号３Ｓの電圧変化を示すデジタル信号からなる被比較信号４１Ｓに変換し、デジタル位相比較回路４３により、応答信号変換回路４１からの被比較信号４１Ｓとデジタル基準信号発生回路４２からのデジタル基準信号４２Ｓとの位相をデジタル信号処理で比較することにより、波形情報として被比較信号４１Ｓと供給信号２Ｓの位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる検出信号４Ｓを生成して出力する。
図７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、応答信号生成部３へ出力される。
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、応答信号生成部３へ出力される。
この供給信号２Ｓが応答信号生成部３の抵抗素子Ｒｓを介して被検体１０に印加信号１Ｓが印加されると、被検体１０に流れる電流の位相および振幅が、被検体１０に固有のインピーダンスに応じて変化する。応答信号生成部３において、抵抗素子Ｒｓに表れたこれら変化が差動増幅器３１Ａにより増幅されて電圧信号に変換され、応答信号３Ｓとして出力される。
この際、被検体１０に流れる電流をＩｆとすると、抵抗素子Ｒｓに流れる電流もＩｆとなる。その結果、差動増幅器３１Ａの２つの入力端子の電圧差はＲｓ・Ｉｆとなる。したがって、差動増幅器３１Ａの増幅率をＡとするとその出力電圧はＶ＝Ａ・Ｒｓ・Ｉｆで求められ、被検体１０に流れる電流を、直接、電圧信号からなる応答信号３Ｓに変換することができる。
この際、被検体１０に流れる電流をＩｆとすると、抵抗素子Ｒｓに流れる電流もＩｆとなる。その結果、差動増幅器３１Ａの２つの入力端子の電圧差はＲｓ・Ｉｆとなる。したがって、差動増幅器３１Ａの増幅率をＡとするとその出力電圧はＶ＝Ａ・Ｒｓ・Ｉｆで求められ、被検体１０に流れる電流を、直接、電圧信号からなる応答信号３Ｓに変換することができる。
また、電流−電圧変換回路３１に差動増幅器３１Ａを用いているため、第２の実施の形態とは異なり、応答信号３Ｓの基準電位ＶＢは、回路の動作電源電位ＶＤＤと接地電位（０Ｖ＝ＧＮＤ）のほぼ中間の電位となるとともに、第２の実施の形態とは逆に、被検体１０の抵抗成分が所定値より大きい場合は基準電位ＶＢより低いＶＢ２が中心電位となり、抵抗成分が上記所定値より小さい場合は基準電位ＶＢより高いＶＢ１が中心電圧となる。
応答信号３Ｓは、応答信号変換回路４１のリミッタアンプ４１Ａで増幅されて、オフセット電位を含まない矩形波のデジタル信号からなる被比較信号４１Ｓに変換される。
応答信号変換回路４１のリミッタアンプ４１Ａは、応答信号３Ｓを増幅してデジタル信号からなる被比較信号４１Ｓへ変換する際、前述の通り応答信号３Ｓの基準電位ＶＢが回路の動作電源電位ＶＤＤと接地電位（０Ｖ＝ＧＮＤ）のほぼ中間の電位となっているため、リミッタアンプ４１Ａの入力レンジ、ここでは応答信号３Ｓ増幅時の中心電圧の変動許容幅を第２の実施の形態よりも小さくすることができる。
応答信号変換回路４１のリミッタアンプ４１Ａは、応答信号３Ｓを増幅してデジタル信号からなる被比較信号４１Ｓへ変換する際、前述の通り応答信号３Ｓの基準電位ＶＢが回路の動作電源電位ＶＤＤと接地電位（０Ｖ＝ＧＮＤ）のほぼ中間の電位となっているため、リミッタアンプ４１Ａの入力レンジ、ここでは応答信号３Ｓ増幅時の中心電圧の変動許容幅を第２の実施の形態よりも小さくすることができる。
このようにして、図３と同様の信号波形を有する、被比較信号４１Ｓおよびデジタル基準信号４２Ｓが生成されて、デジタル位相比較回路４３のＸＯＲ回路４３Ａに入力され、これら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４Ｓが得られる。
このように、本実施の形態は、応答信号生成部３の電流−電圧変換回路３１を、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と、この抵抗素子Ｒｓの両端電圧を差動増幅することにより応答信号３Ｓを生成して出力する差動増幅器３１Ａとから構成したので、被検体１０に流れる電流を、直接、電圧の応答信号３Ｓに変換することができる。また、リミッタアンプ４１Ａの入力レンジを比較的小さくすることができ、リミッタアンプの回路構成を簡素化することができる。
［第４の実施の形態］
次に、図８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８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６と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
次に、図８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８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６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、電流−電圧変換回路３１を抵抗素子Ｒｓと差動増幅器３１Ａ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３の実施の形態の電流−電圧変換回路３１において、抵抗素子Ｒｓと供給信号生成部２との間に抵抗素子Ｒｒを追加した場合を例として説明する。
本実施の形態では、第３の実施の形態の電流−電圧変換回路３１において、抵抗素子Ｒｓと供給信号生成部２との間に抵抗素子Ｒｒを追加した場合を例として説明する。
図８において、応答信号生成部３の電流−電圧変換回路３１には、抵抗素子（第１の抵抗素子）Ｒｓ、抵抗素子（第２の抵抗素子）Ｒｒ、および差動増幅器３１Ａが設けられている。
抵抗素子Ｒｓと抵抗素子Ｒｒは、供給信号生成部２と検出素子１との間に直列接続されており、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印加信号１Ｓを差動増幅して、出力端子から応答信号３Ｓを出力する。
抵抗素子Ｒｓと抵抗素子Ｒｒは、供給信号生成部２と検出素子１との間に直列接続されており、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印加信号１Ｓを差動増幅して、出力端子から応答信号３Ｓを出力する。
抵抗素子Ｒｓと供給信号生成部２の間に抵抗素子Ｒｒが設けられた場合、被検体１０のインピーダンスに応じてＲｓとＲｒの節点の電位が変動する。これにより、被検体１０のインピーダンスに大小に応じて生じる、差動増幅器３１Ａの２つの入力端子の電位変動をキャンセルでき、応答信号のオフセット変動を小さくすることができる。
なお、本実施の形態にかかるインピーダンス検出装置において、電流−電圧変換回路３１の抵抗素子Ｒｒ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。
なお、本実施の形態にかかるインピーダンス検出装置において、電流−電圧変換回路３１の抵抗素子Ｒｒ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８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。
応答信号生成部３に入力された交流正弦波の供給信号２Ｓは、電流−電圧変換回路３１の抵抗素子ＲｒおよびＲｓを介して、印加信号１Ｓとして検出素子１に印加される。この際、被検体１０のインピーダンスに応じて印加信号１Ｓの電流が変化し、その電流変化が抵抗素子Ｒｓの両端に発生する。差動増幅器３１Ａは、この抵抗素子Ｒｓの両端の電位差を差動増幅することにより、被検体１０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。
応答信号生成部３に入力された交流正弦波の供給信号２Ｓは、電流−電圧変換回路３１の抵抗素子ＲｒおよびＲｓを介して、印加信号１Ｓとして検出素子１に印加される。この際、被検体１０のインピーダンスに応じて印加信号１Ｓの電流が変化し、その電流変化が抵抗素子Ｒｓの両端に発生する。差動増幅器３１Ａは、この抵抗素子Ｒｓの両端の電位差を差動増幅することにより、被検体１０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。
波形情報検出部４は、リミッタアンプ４１Ａにより、応答信号３Ｓをその中心電圧を基準として増幅することにより、当該応答信号３Ｓの電圧変化を示すデジタル信号からなる被比較信号４１Ｓに変換し、デジタル位相比較回路４３により、応答信号変換回路４１からの被比較信号４１Ｓとデジタル基準信号発生回路４２からのデジタル基準信号４２Ｓとの位相をデジタル信号処理で比較することにより、波形情報として被比較信号４１Ｓと供給信号２Ｓの位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる検出信号４Ｓを生成して出力する。
図９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、応答信号生成部３へ出力される。
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、応答信号生成部３へ出力される。
この供給信号２Ｓが応答信号生成部３の抵抗素子Ｒｓを介して被検体１０に印加信号１Ｓが印加されると、被検体１０に流れる電流の位相および振幅が、被検体１０に固有のインピーダンスに応じて変化する。応答信号生成部３において、この電流変化が電圧信号に変換され、応答信号３Ｓとして出力される。
この際、被検体１０のインピーダンスに応じて被検体１０に流れる電流が変化するためＲｓとＲｒの節点の電位が変動する。これにより、被検体１０のインピーダンスに大小に応じて生じる、差動増幅器３１Ａの２つの入力端子の電位変動がキャンセルされ、応答信号３Ｓのオフセット変動が小さく抑制される。
この際、被検体１０のインピーダンスに応じて被検体１０に流れる電流が変化するためＲｓとＲｒの節点の電位が変動する。これにより、被検体１０のインピーダンスに大小に応じて生じる、差動増幅器３１Ａの２つの入力端子の電位変動がキャンセルされ、応答信号３Ｓのオフセット変動が小さく抑制される。
応答信号３Ｓは、波形情報検出部４のリミッタアンプ４１Ａで増幅されて、オフセット電位を含まない矩形波のデジタル信号からなる被比較信号４１Ｓに変換される。
このようにして、図３と同様の信号波形を有する、被比較信号４１Ｓおよびデジタル基準信号４２Ｓが生成されて、デジタル位相比較回路４３のＸＯＲ回路４３Ａに入力され、これら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４Ｓが得られる。
このようにして、図３と同様の信号波形を有する、被比較信号４１Ｓおよびデジタル基準信号４２Ｓが生成されて、デジタル位相比較回路４３のＸＯＲ回路４３Ａに入力され、これら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４Ｓが得られる。
このように、本実施の形態は、応答信号生成部３の電流−電圧変換回路３１を、一端が供給信号生成部２に接続された抵抗素子Ｒｒと、抵抗素子Ｒｒと検出素子１との間に接続された抵抗素子Ｒｓと、抵抗素子Ｒｓの両端電圧を差動増幅することにより応答信号３Ｓを生成して出力する差動増幅器３１Ａとから構成したので、被検体１０に流れる電流を、直接、電圧の応答信号３Ｓに変換することができる。また、リミッタアンプ４１Ａの入力レンジを比較的小さくすることができ、リミッタアンプの回路構成を簡素化することができる。また、被検体１０のインピーダンスに大小に応じて生じる、差動増幅器３１Ａの２つの入力端子の電位変動をキャンセルでき、応答信号３Ｓのオフセット変動を小さく抑制して検出精度を向上させることが可能となる。
［第５の実施の形態］
次に、図１０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１０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８と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
次に、図１０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１０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８と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
第２〜第４の実施の形態では、応答信号変換回路４１をリミッタアンプ４１Ａで構成した場合を例として説明した。
本実施の形態では、応答信号変換回路４１をしきい値回路４１Ｂで構成した場合を例として説明する。
本実施の形態では、応答信号変換回路４１をしきい値回路４１Ｂで構成した場合を例として説明する。
図１０において、波形情報検出部４の応答信号変換回路４１には、しきい値回路４１Ｂが設けられている。
しきい値回路４１Ｂは、インバータ回路（反転論理回路）を組み合わせたバッファ回路等により実現され、応答信号生成部３からの応答信号３Ｓを所定のしきい値電圧Ｖｔ２と比較することによりデジタル信号に変換し被比較信号４１Ｓとして出力する機能を有している。しきい値回路については、本実施の形態に独特の構成は必要なく、一般的な公知の回路を用いればよい。
なお、本実施の形態にかかるインピーダンス検出装置において、しきい値回路４１Ｂ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。
しきい値回路４１Ｂは、インバータ回路（反転論理回路）を組み合わせたバッファ回路等により実現され、応答信号生成部３からの応答信号３Ｓを所定のしきい値電圧Ｖｔ２と比較することによりデジタル信号に変換し被比較信号４１Ｓとして出力する機能を有している。しきい値回路については、本実施の形態に独特の構成は必要なく、一般的な公知の回路を用いればよい。
なお、本実施の形態にかかるインピーダンス検出装置において、しきい値回路４１Ｂ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１０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。
応答信号生成部３に入力された交流正弦波の供給信号２Ｓは、電流−電圧変換回路３１の抵抗素子ＲｒおよびＲｓを介して、印加信号１Ｓとして検出素子１に印加される。この際、被検体１０のインピーダンスに応じて印加信号１Ｓの電流が変化し、その電流変化が抵抗素子Ｒｓの両端に発生する。差動増幅器３１Ａは、この抵抗素子Ｒｓの両端の電位差を差動増幅することにより、被検体１０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。
応答信号生成部３に入力された交流正弦波の供給信号２Ｓは、電流−電圧変換回路３１の抵抗素子ＲｒおよびＲｓを介して、印加信号１Ｓとして検出素子１に印加される。この際、被検体１０のインピーダンスに応じて印加信号１Ｓの電流が変化し、その電流変化が抵抗素子Ｒｓの両端に発生する。差動増幅器３１Ａは、この抵抗素子Ｒｓの両端の電位差を差動増幅することにより、被検体１０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。
波形情報検出部４は、しきい値回路４１Ｂにより、応答信号３Ｓを所定のしきい値電圧Ｖｔ１と比較することにより、当該応答信号３Ｓの電圧変化を示すデジタル信号からなる被比較信号４１Ｓに変換し、デジタル位相比較回路４３により、応答信号変換回路４１からの被比較信号４１Ｓとデジタル基準信号発生回路４２からのデジタル基準信号４２Ｓとの位相をデジタル信号処理で比較することにより、波形情報として被比較信号４１Ｓと供給信号２Ｓの位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる検出信号４Ｓを生成して出力する。
図１１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、応答信号生成部３へ出力される。
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、応答信号生成部３へ出力される。
この供給信号２Ｓに基づいて応答信号生成部３から被検体１０に印加信号１Ｓが印加されると、被検体１０に流れる電流の位相および振幅が、被検体１０に固有のインピーダンスに応じて変化する。応答信号生成部３において、抵抗素子Ｒｓに表れたこれら変化が差動増幅器３１Ａにより増幅されて電圧信号に変換され、応答信号３Ｓとして出力される。
応答信号３Ｓは、応答信号変換回路４１のしきい値回路４１Ｂで所定のしきい値電圧Ｖｔ２と比較されて、オフセット電位を含まない矩形波のデジタル信号からなる被比較信号４１Ｓに変換される。
このようにして、図３と同様の信号波形を有する、被比較信号４１Ｓおよびデジタル基準信号４２Ｓが生成されて、デジタル位相比較回路４３のＸＯＲ回路４３Ａに入力され、これら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４Ｓが得られる。
このようにして、図３と同様の信号波形を有する、被比較信号４１Ｓおよびデジタル基準信号４２Ｓが生成されて、デジタル位相比較回路４３のＸＯＲ回路４３Ａに入力され、これら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４Ｓが得られる。
ここで、ＸＯＲ回路４３Ａにより、被比較信号４１Ｓとデジタル基準信号４２Ｓを比較した場合、図１１に示すように、供給信号２Ｓの１周期に相当する期間内に検出信号４Ｓのパルスが２つ発生する。また、しきい値回路４１Ｂで用いられるしきい値電圧Ｖｔ２やしきい値回路４２Ｃでデジタル基準信号４２Ｓの生成に用いられるしきい値電圧Ｖｔ１の選択によっては、これらパルスのパルス幅が変化する。しかし、これらパルスは位相差としての波形情報を含んでおり、被比較信号４１Ｓとデジタル基準信号４２Ｓの位相差を検出することができる。その理由を以下に説明する。
被比較信号４１Ｓとデジタル基準信号４２Ｓの位相差φは、それぞれのパルスの立ち下がりや立ち上がりのタイミングの差で表されるが、被比較信号４１Ｓのパルスの中心タイミングＡとデジタル基準信号４２Ｓのパルスの中心タイミングＢの差でも表すことができる。
ここで、検出信号４Ｓの各パルスの幅をＴａとＴｂとすると、φ＝（Ｔａ−Ｔｂ）／２と表される。このため、検出信号４Ｓのパルスの幅ＴａとＴｂを抽出することにより被比較信号４１Ｓとデジタル基準信号４２Ｓの位相差φを得ることができる。
したがって、しきい値回路４１Ｂで用いられるＶｔ２は、応答信号３Ｓの中心電圧を用いる必要はない。また、しきい値回路４２Ｃでデジタル基準信号４２Ｓの生成に用いられるしきい値電圧Ｖｔ１についても、供給信号２Ｓの中心電圧を用いる必要はない。
ここで、検出信号４Ｓの各パルスの幅をＴａとＴｂとすると、φ＝（Ｔａ−Ｔｂ）／２と表される。このため、検出信号４Ｓのパルスの幅ＴａとＴｂを抽出することにより被比較信号４１Ｓとデジタル基準信号４２Ｓの位相差φを得ることができる。
したがって、しきい値回路４１Ｂで用いられるＶｔ２は、応答信号３Ｓの中心電圧を用いる必要はない。また、しきい値回路４２Ｃでデジタル基準信号４２Ｓの生成に用いられるしきい値電圧Ｖｔ１についても、供給信号２Ｓの中心電圧を用いる必要はない。
このように、本実施の形態は、応答信号変換回路４１を、応答信号３Ｓを所定のしきい値電圧Ｖｔ１と比較することによりデジタル信号に変換し被比較信号４１Ｓとして出力するしきい値回路４１Ｂにより実現したので、被検体１０のインピーダンスに応じた位相を有し、かつ直流のオフセット電位を含むアナログ信号の応答信号３Ｓを、極めて簡素な回路構成でデジタル信号の被比較信号４１Ｓに変換できる。
また、検出信号４Ｓにおいて、供給信号２Ｓの１周期に相当する期間内に発生した２つのパルスの中心タイミングの差に基づいて、被比較信号４１Ｓとデジタル基準信号４２Ｓの位相差を検出することができるため、しきい値回路４１Ｂで用いられるしきい値電圧Ｖｔ２やしきい値回路４２Ｃでデジタル基準信号４２Ｓの生成に用いられるしきい値電圧Ｖｔ１を自由に選択することが可能となる。
したがって、プロセス変動によりこれらしきい値電圧が変動しても、被比較信号４１Ｓとデジタル基準信号４２Ｓ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応じた位相情報を精度よく検出することが可能となる。
したがって、プロセス変動によりこれらしきい値電圧が変動しても、被比較信号４１Ｓとデジタル基準信号４２Ｓ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応じた位相情報を精度よく検出することが可能となる。
［第６の実施の形態］
次に、図１２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１２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１０と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
次に、図１２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１２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１０と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
第１〜第５の実施の形態では、波形情報検出部４において、応答信号生成部３からの応答信号３Ｓに基づいて、被検体１０のインピーダンスのリアクタンス成分を示す位相情報を検出する場合を例として説明した。
本実施の形態では、波形情報検出部４において、応答信号生成部３からの応答信号３Ｓに基づいて、被検体１０のインピーダンスのリアクタンス成分を示す位相情報と抵抗成分を示す振幅情報の両方を検出する場合を例として説明する。
本実施の形態では、波形情報検出部４において、応答信号生成部３からの応答信号３Ｓに基づいて、被検体１０のインピーダンスのリアクタンス成分を示す位相情報と抵抗成分を示す振幅情報の両方を検出する場合を例として説明する。
図１２において、波形情報検出部４には、しきい値回路４４Ａからなるパルス変換回路４４が設けられている。
パルス変換回路４４のしきい値回路４４Ａは、応答信号３Ｓを所定のしきい値電圧Ｖｔ３と比較することにより、応答信号３Ｓから波形情報として応答信号３Ｓの電圧変化を検出し、この電圧変化に基づいて応答信号３Ｓの大きさ、すなわち被検体１０のインピーダンスの抵抗成分に応じたパルス幅を有する矩形波からなる検出信号（第２の検出信号）４ＳＢを生成して出力する機能を有している。しきい値回路については、本実施の形態に独特の構成は必要なく、一般的な公知の回路を用いればよい。
なお、本実施の形態にかかるインピーダンス検出装置において、パルス変換回路４４以外の構成については、第５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。
パルス変換回路４４のしきい値回路４４Ａは、応答信号３Ｓを所定のしきい値電圧Ｖｔ３と比較することにより、応答信号３Ｓから波形情報として応答信号３Ｓの電圧変化を検出し、この電圧変化に基づいて応答信号３Ｓの大きさ、すなわち被検体１０のインピーダンスの抵抗成分に応じたパルス幅を有する矩形波からなる検出信号（第２の検出信号）４ＳＢを生成して出力する機能を有している。しきい値回路については、本実施の形態に独特の構成は必要なく、一般的な公知の回路を用いればよい。
なお、本実施の形態にかかるインピーダンス検出装置において、パルス変換回路４４以外の構成については、第５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。
応答信号生成部３に入力された交流正弦波の供給信号２Ｓは、電流−電圧変換回路３１の抵抗素子ＲｒおよびＲｓを介して、印加信号１Ｓとして検出素子１に印加される。この際、被検体１０のインピーダンスに応じて印加信号１Ｓの電流が変化し、その電流変化が抵抗素子Ｒｓの両端に発生する。差動増幅器３１Ａは、この抵抗素子Ｒｓの両端の電位差を差動増幅することにより、被検体１０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。
応答信号生成部３に入力された交流正弦波の供給信号２Ｓは、電流−電圧変換回路３１の抵抗素子ＲｒおよびＲｓを介して、印加信号１Ｓとして検出素子１に印加される。この際、被検体１０のインピーダンスに応じて印加信号１Ｓの電流が変化し、その電流変化が抵抗素子Ｒｓの両端に発生する。差動増幅器３１Ａは、この抵抗素子Ｒｓの両端の電位差を差動増幅することにより、被検体１０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。
波形情報検出部４は、しきい値回路４１Ｂにより、応答信号３Ｓを所定のしきい値電圧Ｖｔ２と比較することにより、当該応答信号３Ｓの電圧変化を示すデジタル信号からなる被比較信号４１Ｓに変換し、デジタル位相比較回路４３により、応答信号変換回路４１からの被比較信号４１Ｓとデジタル基準信号発生回路４２からのデジタル基準信号４２Ｓとの位相をデジタル信号処理で比較することにより、波形情報として被比較信号４１Ｓと供給信号２Ｓの位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる検出信号４ＳＡを生成して出力する。
また、波形情報検出部４は、しきい値回路４４Ａにより、応答信号３Ｓを所定のしきい値電圧Ｖｔ３と比較することにより、波形情報として応答信号３Ｓの電圧変化として、応答信号３Ｓの信号電圧としきい値電圧Ｖｔ３との大小関係を検出し、当該電圧変化ここでは大小関係に基づいて応答信号３Ｓの大きさに応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる検出信号４ＳＢを生成して出力する。
図１３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。なお、被比較信号４１Ｓ、デジタル基準信号４２Ｓ、および検出信号４ＳＡについては、図１１と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
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、応答信号生成部３へ出力される。
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、応答信号生成部３へ出力される。
この供給信号２Ｓに基づいて応答信号生成部３から被検体１０に印加信号１Ｓが印加されると、被検体１０に流れる電流の位相および振幅が、被検体１０に固有のインピーダンスに応じて変化する。応答信号生成部３において、抵抗素子Ｒｓに表れたこれら変化が差動増幅器３１Ａにより増幅されて電圧信号に変換され、応答信号３Ｓとして出力される。
この際、被検体１０に流れる電流をＩｆとすると、抵抗素子Ｒｓに流れる電流もＩｆとなる。その結果、差動増幅器３１Ａの２つの入力端子の電圧差はＲｓ・Ｉｆとなる。したがって、差動増幅器３１Ａの増幅率をＡとするとその出力電圧はＶ＝Ａ・Ｒｓ・Ｉｆで求められ、被検体１０に流れる電流を、直接。電圧信号からなる応答信号３Ｓに変換することができる。
また、電流−電圧変換回路３１に差動増幅器３１Ａを用いているため、応答信号３Ｓの基準電位は、回路の動作電源電位ＶＤＤと接地電位（０Ｖ＝ＧＮＤ）のほぼ中間の電位となるとともに、被検体１０の抵抗成分が所定値より大きい場合は中間電位より低い電位となり、抵抗成分が上記所定値より小さい場合は中間電位より高い電位となる。
また、電流−電圧変換回路３１に差動増幅器３１Ａを用いているため、応答信号３Ｓの基準電位は、回路の動作電源電位ＶＤＤと接地電位（０Ｖ＝ＧＮＤ）のほぼ中間の電位となるとともに、被検体１０の抵抗成分が所定値より大きい場合は中間電位より低い電位となり、抵抗成分が上記所定値より小さい場合は中間電位より高い電位となる。
この後、応答信号３Ｓは、パルス変換回路４４のしきい値回路４４Ａで所定のしきい値電圧Ｖｔ３と比較されて、応答信号３Ｓの振幅値に対応したパルス幅を有する信号波形の検出信号４Ｓが得られる。
したがって、被検体１０の抵抗成分が所定値より小さい場合、その応答信号３Ｓの大きさ、ここでは応答信号３Ｓの上側ピーク電圧から接地電位（０Ｖ＝ＧＮＤ）までの振幅Ａに対応したパルス幅ＴＡを有する検出信号４Ｓが生成される。また、被検体１０の抵抗成分が所定値より大きい場合、その応答信号３Ｓの大きさ、ここでは応答信号３Ｓの上側ピーク電圧から接地電位（０Ｖ＝ＧＮＤ）までの振幅Ｂに対応したパルス幅ＴＢを有する検出信号４Ｓが生成される。
したがって、被検体１０の抵抗成分が所定値より小さい場合、その応答信号３Ｓの大きさ、ここでは応答信号３Ｓの上側ピーク電圧から接地電位（０Ｖ＝ＧＮＤ）までの振幅Ａに対応したパルス幅ＴＡを有する検出信号４Ｓが生成される。また、被検体１０の抵抗成分が所定値より大きい場合、その応答信号３Ｓの大きさ、ここでは応答信号３Ｓの上側ピーク電圧から接地電位（０Ｖ＝ＧＮＤ）までの振幅Ｂに対応したパルス幅ＴＢを有する検出信号４Ｓが生成される。
このように、本実施の形態は、波形情報検出部４に、しきい値回路４４Ａからなるパルス変換回路４４を設け、応答信号３を所定のしきい値電圧Ｖｔ３と比較することにより、応答信号３Ｓから波形情報として応答信号３Ｓの電圧変化を検出し、この電圧変化に基づいて応答信号３Ｓの大きさ、すなわち被検体１０のインピーダンスの抵抗成分に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる検出信号４ＳＢを生成して出力するようにしたので、被検体１０のインピーダンスの抵抗成分とリアクタンス成分を検出する際、検出素子１、供給信号生成部２、および応答信号生成部３を兼用することができ、極めて簡素な回路構成で、被検体１０のインピーダンスの抵抗成分とリアクタンス成分を検出することができる。
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。
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。
また、本実施の形態では、パルス変換回路４４としてしきい値回路４４Ａを用いたので、プロセス変動によりＶｔ３が変動しても、応答信号３Ｓの振幅と検出信号４Ｓのパルス幅との対応関係は変化しないことから、精度よく振幅情報すなわち抵抗成分を検出できる。
また、本実施の形態では、電流−電圧変換回路３１で抵抗素子Ｒｓと供給信号生成部２の間に抵抗素子Ｒｒが設け、抵抗素子Ｒｓの両端電圧を差動増幅器３１Ａで増幅することにより応答信号３Ｓを生成するようにしたので、被検体１０のインピーダンスに大小に応じて生じる、差動増幅器３１Ａの２つの入力端子の電位変動をキャンセルでき、応答信号のオフセット変動を小さくすることができる。これにより、被検体１０のインピーダンスが変化しても応答信号３Ｓを常にしきい値電圧Ｖｔ３と交差する電圧範囲に調整することができる。
なお、本実施の形態では、波形情報検出部４に、しきい値回路４４Ａからなるパルス変換回路４４を設けて、被検体１０のインピーダンスの抵抗成分に応じたパルス幅を有する検出信号４ＳＢを生成して出力する場合を例として説明したが、しきい値回路４１Ｂをパルス変換回路４４と見なし、しきい値回路４１Ｂからの被比較信号４１Ｓを検出信号４ＳＢとして出力してもよい。
図１４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構成を示すブロック図であり、図１２と比較して、しきい値回路４４Ａをしきい値回路４１Ｂで兼用している点が異なる。
第５の実施の形態で説明したように、しきい値回路４１Ｂは、しきい値回路４４Ａと同等の機能を有しており、被比較信号４１Ｓは被検体１０のインピーダンスの抵抗成分に応じたパルス幅を有する矩形波と見なせる。
したがって、しきい値回路４１Ｂの出力を検出信号４ＳＢとして出力する配線や出力端子を設けるだけで、しきい値回路４４Ａを省くことができ、さらに簡素な回路構成で、被検体１０のインピーダンスの抵抗成分とリアクタンス成分を検出することができる。
第５の実施の形態で説明したように、しきい値回路４１Ｂは、しきい値回路４４Ａと同等の機能を有しており、被比較信号４１Ｓは被検体１０のインピーダンスの抵抗成分に応じたパルス幅を有する矩形波と見なせる。
したがって、しきい値回路４１Ｂの出力を検出信号４ＳＢとして出力する配線や出力端子を設けるだけで、しきい値回路４４Ａを省くことができ、さらに簡素な回路構成で、被検体１０のインピーダンスの抵抗成分とリアクタンス成分を検出することができる。
［第７の実施の形態］
次に、図１５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１５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１０と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
次に、図１５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１５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１０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、電流−電圧変換回路３１を抵抗素子Ｒｓ、抵抗素子Ｒｒ、および差動増幅器３１Ａで構成し、供給信号２Ｓとして所定周波数の正弦波を用い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、供給信号２Ｓとして三角波を用いた場合を例として説明する。
本実施の形態では、第５の実施の形態において、供給信号２Ｓとして三角波を用いた場合を例として説明する。
図１５において、供給信号生成部２には、波形整形回路２２として三角波発生回路２２Ｂが設けられている。三角波発生回路２２Ｂは、図１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。通常、正弦波は、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。したがって、三角波の生成は正弦波の生成よりも回路構成を簡素化することができる。三角波発生回路２２Ｂの具体例については、公知の回路を用いればよい。
なお、本実施の形態にかかるインピーダンス検出装置において、三角波発生回路２２Ｂ以外の構成については、第５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。
なお、本実施の形態にかかるインピーダンス検出装置において、三角波発生回路２２Ｂ以外の構成については、第５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。
三角波発生回路２２Ｂから出力されて応答信号生成部３に入力された交流三角波の供給信号２Ｓは、電流−電圧変換回路３１の抵抗素子ＲｒおよびＲｓを介して、印加信号１Ｓとして検出素子１に印加される。この際、被検体１０のインピーダンスに応じて印加信号１Ｓの電流が変化し、その電流変化が抵抗素子Ｒｓの両端に発生する。差動増幅器３１Ａは、この抵抗素子Ｒｓの両端の電位差を差動増幅することにより、被検体１０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。
三角波発生回路２２Ｂから出力されて応答信号生成部３に入力された交流三角波の供給信号２Ｓは、電流−電圧変換回路３１の抵抗素子ＲｒおよびＲｓを介して、印加信号１Ｓとして検出素子１に印加される。この際、被検体１０のインピーダンスに応じて印加信号１Ｓの電流が変化し、その電流変化が抵抗素子Ｒｓの両端に発生する。差動増幅器３１Ａは、この抵抗素子Ｒｓの両端の電位差を差動増幅することにより、被検体１０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。
波形情報検出部４は、しきい値回路４１Ｂにより、応答信号３Ｓを所定のしきい値電圧Ｖｔ２と比較することにより、当該応答信号３Ｓの電圧変化を示すデジタル信号からなる被比較信号４１Ｓに変換し、デジタル位相比較回路４３により、応答信号変換回路４１からの被比較信号４１Ｓとデジタル基準信号発生回路４２からのデジタル基準信号４２Ｓとの位相をデジタル信号処理で比較することにより、波形情報として被比較信号４１Ｓと供給信号２Ｓの位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる検出信号４Ｓを生成して出力する。
図１６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。図１７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。ここでは、供給信号２Ｓが三角波からなる場合を例として説明する。
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、応答信号生成部３へ出力される。
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、応答信号生成部３へ出力される。
ここで、図１６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。
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。
図１７に示すように、被検体１０に印加信号１Ｓが印加されると、被検体１０のインピーダンスの容量成分に応じて応答信号３Ｓの振幅の大きさが変化する。すなわち容量成分が大きい場合、インピーダンスに流れる電流が増加して応答信号３Ｓの振幅が大きくなり、容量成分が小さい場合、インピーダンスに流れる電流が減少して応答信号３Ｓの振幅が小さくなる。
応答信号３Ｓは、応答信号変換回路４１のしきい値回路４１Ｂで所定のしきい値電圧Ｖｔ２と比較されて、その振幅の大きさに応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる被比較信号４１Ｓに変換される。
応答信号３Ｓは、応答信号変換回路４１のしきい値回路４１Ｂで所定のしきい値電圧Ｖｔ２と比較されて、その振幅の大きさに応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる被比較信号４１Ｓに変換される。
また、供給信号２Ｓは、しきい値回路４２Ｃにより、しきい値電圧Ｖｔ１と比較されてデジタル基準信号４２Ｓに変換される。
これら被比較信号４１Ｓとデジタル基準信号４２Ｓは、デジタル位相比較回路４３のＸＯＲ回路４３Ａに入力されて位相差が検出され、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４Ｓが出力される。
これら被比較信号４１Ｓとデジタル基準信号４２Ｓは、デジタル位相比較回路４３のＸＯＲ回路４３Ａに入力されて位相差が検出され、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４Ｓが出力される。
ここで、ＸＯＲ回路４３Ａにより、被比較信号４１Ｓとデジタル基準信号４２Ｓを比較した場合、図１７に示すように、供給信号２Ｓの１周期に相当する期間内に検出信号４Ｓのパルスが２つ発生する。また、しきい値回路４１Ｂで用いられるしきい値電圧Ｖｔ２やしきい値回路４２Ｃでデジタル基準信号４２Ｓの生成に用いられるしきい値電圧Ｖｔ１の選択によっては、これらパルスのパルス幅が変化する。しかし、これらパルスは位相差としての波形情報を含んでおり、被比較信号４１Ｓとデジタル基準信号４２Ｓの位相差を検出することができる。その理由を以下に説明する。
被比較信号４１Ｓとデジタル基準信号４２Ｓの位相差φは、それぞれのパルスの立ち下がりや立ち上がりのタイミングの差で表されるが、被比較信号４１Ｓのパルスの中心タイミングＡとデジタル基準信号４２Ｓのパルスの中心タイミングＢの差でも表すことができる。
ここで、検出信号４Ｓの各パルスの幅をＴａとＴｂとすると、φ＝（Ｔａ−Ｔｂ）／２と表される。このため、検出信号４Ｓのパルスの幅ＴａとＴｂを抽出することにより被比較信号４１Ｓとデジタル基準信号４２Ｓの位相差φを得ることができる。
ここで、検出信号４Ｓの各パルスの幅をＴａとＴｂとすると、φ＝（Ｔａ−Ｔｂ）／２と表される。このため、検出信号４Ｓのパルスの幅ＴａとＴｂを抽出することにより被比較信号４１Ｓとデジタル基準信号４２Ｓの位相差φを得ることができる。
この際、容量成分が大きい場合、被比較信号４１Ｓの中心が中心タイミングＡ’へ変化し、位相がΔφだけ進んだことになる。このため、Ｔｂが短くなり、結果として位相差φが大きくなる。したがって、三角波からなる供給信号２Ｓを用いて、被検体１０のインピーダンスの容量成分の変化に伴う位相差の変化を検出することが可能となる。また、半導体プロセス変動等によりしきい値Ｖｔ１，Ｖｔ２の設定値にばらつきが生じても、上記位相差φを用いることにより検出信号４Ｓの位相情報と被検体１０のインピーダンスとの大小関係は維持されるため、位相情報すなわち位相差φの変化で被検体１０のインピーダンスの容量成分の変化を捉えることができる。
このように、本実施の形態は、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、プロセス変動等の要因による検出精度の劣化を抑制でき、被検体１０のインピーダンスを高精度で検出することが可能となる。
［第８の実施の形態］
次に、図１８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１８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１５と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
次に、図１８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１８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１５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５の実施の形態において、供給信号２Ｓとして三角波を用いた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、応答信号生成部３と応答信号変換回路４１との間にローパスフィルタ４５を設けた場合を例として説明する。
本実施の形態では、第７の実施の形態において、応答信号生成部３と応答信号変換回路４１との間にローパスフィルタ４５を設けた場合を例として説明する。
図１８において、波形情報検出部４には、応答信号生成部３と応答信号変換回路４１との間にローパスフィルタ（ＬＰＦ）４５が設けられている。
ローパスフィルタ４５は、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機能を有している。ローパスフィルタについては、本実施の形態に独特の構成は必要なく、一般的な公知の回路を用いればよい。
なお、本実施の形態にかかるインピーダンス検出装置において、ローパスフィルタ４５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。
ローパスフィルタ４５は、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機能を有している。ローパスフィルタについては、本実施の形態に独特の構成は必要なく、一般的な公知の回路を用いればよい。
なお、本実施の形態にかかるインピーダンス検出装置において、ローパスフィルタ４５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１８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に入力された交流三角波の供給信号２Ｓは、電流−電圧変換回路３１の抵抗素子ＲｒおよびＲｓを介して、印加信号１Ｓとして検出素子１に印加される。この際、被検体１０のインピーダンスに応じて印加信号１Ｓの電流が変化し、その電流変化が抵抗素子Ｒｓの両端に発生する。差動増幅器３１Ａは、この抵抗素子Ｒｓの両端の電位差を差動増幅することにより、被検体１０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。
三角波発生回路２２Ｂから出力されて応答信号生成部３に入力された交流三角波の供給信号２Ｓは、電流−電圧変換回路３１の抵抗素子ＲｒおよびＲｓを介して、印加信号１Ｓとして検出素子１に印加される。この際、被検体１０のインピーダンスに応じて印加信号１Ｓの電流が変化し、その電流変化が抵抗素子Ｒｓの両端に発生する。差動増幅器３１Ａは、この抵抗素子Ｒｓの両端の電位差を差動増幅することにより、被検体１０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。
波形情報検出部４は、ローパスフィルタ４５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し、しきい値回路４１Ｂにより、ローパスフィルタ４５からの応答信号３Ｓを所定のしきい値電圧Ｖｔ２と比較する。これにより、当該応答信号３Ｓの電圧変化を示すデジタル信号からなる被比較信号４１Ｓに変換し、デジタル位相比較回路４３により、応答信号変換回路４１からの被比較信号４１Ｓとデジタル基準信号発生回路４２からのデジタル基準信号４２Ｓとの位相をデジタル信号処理で比較することにより、波形情報として被比較信号４１Ｓと供給信号２Ｓの位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる検出信号４Ｓを生成して出力する。
図１９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。
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、応答信号生成部３へ出力される。
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、応答信号生成部３へ出力される。
この供給信号２Ｓに基づいて応答信号生成部３から被検体１０に印加信号１Ｓが印加されると、被検体１０に流れる電流の位相および振幅が、被検体１０に固有のインピーダンスに応じて変化する。応答信号生成部３において、抵抗素子Ｒｓに表れたこれら変化が差動増幅器３１Ａにより増幅されて電圧信号に変換され、応答信号３Ｓとして出力される。
この後、応答信号３Ｓは、ローパスフィルタ４５で高周波成分が除去された後、パルス変換回路４４のしきい値回路４４Ａで所定のしきい値電圧Ｖｔ３と比較されて、応答信号３Ｓの振幅値に対応したパルス幅を有する信号波形の検出信号４Ｓが得られる。
この後、応答信号３Ｓは、ローパスフィルタ４５で高周波成分が除去された後、パルス変換回路４４のしきい値回路４４Ａで所定のしきい値電圧Ｖｔ３と比較されて、応答信号３Ｓの振幅値に対応したパルス幅を有する信号波形の検出信号４Ｓが得られる。
このように、本実施の形態は、応答信号生成部３と応答信号変換回路４１との間にローパスフィルタ４５を設け、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した後、波形情報を検出するようにしたので、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２０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２０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。
次に、図２０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２０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５の実施の形態では、電流−電圧変換回路３１を抵抗素子Ｒｓ、抵抗素子Ｒｒ、および差動増幅器３１Ａで構成し、供給信号２Ｓとして所定周波数の正弦波を用い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、供給信号２Ｓとして台形波を用いた場合を例として説明する。
本実施の形態では、第５の実施の形態において、供給信号２Ｓとして台形波を用いた場合を例として説明する。
図２０において、供給信号生成部２には、波形整形回路２２として台形波発生回路２２Ｃが設けられている。台形波発生回路２２Ｃは、図１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、本実施の形態にかかるインピーダンス検出装置において、台形波発生回路２２Ｃ以外の構成については、第５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。
なお、本実施の形態にかかるインピーダンス検出装置において、台形波発生回路２２Ｃ以外の構成については、第５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。
台形波発生回路２２Ｃから出力されて応答信号生成部３に入力された交流台形波の供給信号２Ｓは、電流−電圧変換回路３１の抵抗素子ＲｒおよびＲｓを介して、印加信号１Ｓとして検出素子１に印加される。この際、被検体１０のインピーダンスに応じて印加信号１Ｓの電流が変化し、その電流変化が抵抗素子Ｒｓの両端に発生する。差動増幅器３１Ａは、この抵抗素子Ｒｓの両端の電位差を差動増幅することにより、被検体１０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。
台形波発生回路２２Ｃから出力されて応答信号生成部３に入力された交流台形波の供給信号２Ｓは、電流−電圧変換回路３１の抵抗素子ＲｒおよびＲｓを介して、印加信号１Ｓとして検出素子１に印加される。この際、被検体１０のインピーダンスに応じて印加信号１Ｓの電流が変化し、その電流変化が抵抗素子Ｒｓの両端に発生する。差動増幅器３１Ａは、この抵抗素子Ｒｓの両端の電位差を差動増幅することにより、被検体１０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。
波形情報検出部４は、しきい値回路４１Ｂにより、応答信号３Ｓを所定のしきい値電圧Ｖｔ２と比較することにより、当該応答信号３Ｓの電圧変化を示すデジタル信号からなる被比較信号４１Ｓに変換し、デジタル位相比較回路４３により、応答信号変換回路４１からの被比較信号４１Ｓとデジタル基準信号発生回路４２からのデジタル基準信号４２Ｓとの位相をデジタル信号処理で比較することにより、波形情報として被比較信号４１Ｓと供給信号２Ｓの位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる検出信号４Ｓを生成して出力する。
図２１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。図２２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他の信号波形図である。ここでは、供給信号２Ｓが台形波からなる場合を例として説明する。
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、応答信号生成部３へ出力される。
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、応答信号生成部３へ出力される。
ここで、図２１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。
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。
図２２に示すように、被検体１０に印加信号１Ｓが印加されると、被検体１０のインピーダンスの容量成分に応じて応答信号３Ｓの振幅の大きさが変化する。すなわち容量成分が大きい場合、インピーダンスに流れる電流が増加して応答信号３Ｓの振幅が大きくなり、容量成分が小さい場合、インピーダンスに流れる電流が減少して応答信号３Ｓの振幅が小さくなる。
応答信号３Ｓは、応答信号変換回路４１のしきい値回路４１Ｂで所定のしきい値電圧Ｖｔ２と比較されて、その振幅の大きさに応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる被比較信号４１Ｓに変換される。
応答信号３Ｓは、応答信号変換回路４１のしきい値回路４１Ｂで所定のしきい値電圧Ｖｔ２と比較されて、その振幅の大きさに応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる被比較信号４１Ｓに変換される。
また、供給信号２Ｓは、しきい値回路４２Ｃにより、しきい値電圧Ｖｔ１と比較されてデジタル基準信号４２Ｓに変換される。
これら被比較信号４１Ｓとデジタル基準信号４２Ｓは、デジタル位相比較回路４３のＸＯＲ回路４３Ａに入力されて位相差が検出され、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４Ｓが出力される。
これら被比較信号４１Ｓとデジタル基準信号４２Ｓは、デジタル位相比較回路４３のＸＯＲ回路４３Ａに入力されて位相差が検出され、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４Ｓが出力される。
ここで、ＸＯＲ回路４３Ａにより、被比較信号４１Ｓとデジタル基準信号４２Ｓを比較した場合、図２２に示すように、供給信号２Ｓの１周期に相当する期間内に検出信号４Ｓのパルスが２つ発生する。また、しきい値回路４１Ｂで用いられるしきい値電圧Ｖｔ２やしきい値回路４２Ｃでデジタル基準信号４２Ｓの生成に用いられるしきい値電圧Ｖｔ１の選択によっては、これらパルスのパルス幅が変化する。しかし、これらパルスは位相差としての波形情報を含んでおり、被比較信号４１Ｓとデジタル基準信号４２Ｓの位相差を検出することができる。その理由を以下に説明する。
被比較信号４１Ｓとデジタル基準信号４２Ｓの位相差φは、それぞれのパルスの立ち下がりや立ち上がりのタイミングの差で表されるが、被比較信号４１Ｓのパルスの中心タイミングＡとデジタル基準信号４２Ｓのパルスの中心タイミングＢの差でも表すことができる。
ここで、検出信号４Ｓの各パルスの幅をＴａとＴｂとすると、φ＝（Ｔａ−Ｔｂ）／２と表される。このため、検出信号４Ｓのパルスの幅ＴａとＴｂを抽出することにより被比較信号４１Ｓとデジタル基準信号４２Ｓの位相差φを得ることができる。
ここで、検出信号４Ｓの各パルスの幅をＴａとＴｂとすると、φ＝（Ｔａ−Ｔｂ）／２と表される。このため、検出信号４Ｓのパルスの幅ＴａとＴｂを抽出することにより被比較信号４１Ｓとデジタル基準信号４２Ｓの位相差φを得ることができる。
この際、容量成分が大きい場合、Ｔｂが短くなり、結果として位相差φが大きくなる。したがって、台形波からなる供給信号２Ｓを用いて、被検体１０のインピーダンスの容量成分の変化に伴う位相差の変化を検出することが可能となる。また、半導体プロセス変動等によりしきい値Ｖｔ１，Ｖｔ２の設定値にばらつきが生じても、上記位相差φを用いることにより検出信号４Ｓの位相情報と被検体１０のインピーダンスとの大小関係は維持されるため、位相情報すなわち位相差φの変化で被検体１０のインピーダンスの容量成分の変化を捉えることができる。
このように、本実施の形態は、波形整形回路２２を台形波発生回路２２Ｃ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、プロセス変動等の要因による検出精度の劣化を抑制でき、被検体のインピーダンスを高精度で検出することが可能となる。
［第１０の実施の形態］
次に、図２３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２３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。
次に、図２３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２３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１０に対して所定の印加信号１Ｓ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。
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１０に対して所定の印加信号１Ｓ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。
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。
生体認識装置１１０は、前述のとおり、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。
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、当該実施の形態の特徴的構成について理解を容易とするため、それぞれ近しい構成からなる実施の形態をベースとして説明したが、当該実施の形態の全体構成についてはそれぞれの実施の形態で説明した構成例に限定されるものではなく、他の実施の形態と任意に組合せて実施してもよい。
以上の各実施の形態では、当該実施の形態の特徴的構成について理解を容易とするため、それぞれ近しい構成からなる実施の形態をベースとして説明したが、当該実施の形態の全体構成についてはそれぞれの実施の形態で説明した構成例に限定されるものではなく、他の実施の形態と任意に組合せて実施してもよい。
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…電流−電圧変換回路、３１Ａ…差動増幅器、４…波形情報検出部、４Ｓ，４ＳＡ，４ＳＢ…検出信号、４１…応答信号変換回路、４１Ａ…リミッタアンプ、４１Ｂ…しきい値回路、４２…デジタル基準信号発生回路、４２Ｓ…デジタル基準信号、４２Ａ…基準信号発生回路、４２Ｂ，４２Ｃ…しきい値回路、４３…デジタル位相比較回路、４３Ａ…ＸＯＲ回路、４４…パルス変換回路、４４Ａ…しきい値回路、４５…ローパスフィルタ、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 (26)
- 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に応じた検出信号を生成して出力する波形情報検出部と
を備え、
前記波形情報検出部は、
アナログ信号である前記応答信号を当該応答信号の電位と所定の基準電位との大小関係に対応してＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルのいずれかの電位からなるフル振幅のデジタル信号に変換し被比較信号として出力する応答信号変換回路と、
前記供給信号に同期した矩形波のデジタル基準信号と前記被比較信号との位相を比較することにより、前記波形情報として前記被比較信号と前記供給信号の位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる第１の検出信号を生成し前記検出信号として出力するデジタル位相比較回路と
を有し、
前記応答信号変換回路は、前記応答信号を増幅することによりデジタル信号に変換し前記被比較信号として出力するリミッタアンプからなる
ことを特徴とするインピーダンス検出装置。 - 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に応じた検出信号を生成して出力する波形情報検出部と
を備え、
前記波形情報検出部は、
アナログ信号である前記応答信号を当該応答信号の電位と所定の基準電位との大小関係に対応してＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルのいずれかの電位からなるフル振幅のデジタル信号に変換し被比較信号として出力する応答信号変換回路と、
前記供給信号に同期した矩形波のデジタル基準信号と前記被比較信号との位相を比較することにより、前記波形情報として前記被比較信号と前記供給信号の位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる第１の検出信号を生成し前記検出信号として出力するデジタル位相比較回路と
を有し、
前記応答信号変換回路は、前記応答信号を所定のしきい値電圧と比較することによりデジタル信号に変換し前記被比較信号として出力するしきい値回路からなる
ことを特徴とするインピーダンス検出装置。 - 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に応じた検出信号を生成して出力する波形情報検出部と
を備え、
前記波形情報検出部は、
アナログ信号である前記応答信号を当該応答信号の電位と所定の基準電位との大小関係に対応してＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルのいずれかの電位からなるフル振幅のデジタル信号に変換し被比較信号として出力する応答信号変換回路と、
前記供給信号に同期した矩形波のデジタル基準信号と前記被比較信号との位相を比較することにより、前記波形情報として前記被比較信号と前記供給信号の位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる第１の検出信号を生成し前記検出信号として出力するデジタル位相比較回路と
を有し、
前記デジタル位相比較回路は、前記被比較信号と前記デジタル基準信号の排他的論理和を前記検出信号として出力する排他的論理和回路からなる
ことを特徴とするインピーダンス検出装置。 - 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に応じた検出信号を生成して出力する波形情報検出部と
を備え、
前記波形情報検出部は、
アナログ信号である前記応答信号を当該応答信号の電位と所定の基準電位との大小関係に対応してＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルのいずれかの電位からなるフル振幅のデジタル信号に変換し被比較信号として出力する応答信号変換回路と、
前記供給信号に同期した矩形波のデジタル基準信号と前記被比較信号との位相を比較することにより、前記波形情報として前記被比較信号と前記供給信号の位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる第１の検出信号を生成し前記検出信号として出力するデジタル位相比較回路と
を有し、
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
を有し、
前記波形情報検出部は、前記クロック信号を前記デジタル基準信号として用いる
ことを特徴とするインピーダンス検出装置。 - 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に応じた検出信号を生成して出力する波形情報検出部と
を備え、
前記波形情報検出部は、
アナログ信号である前記応答信号を当該応答信号の電位と所定の基準電位との大小関係に対応してＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルのいずれかの電位からなるフル振幅のデジタル信号に変換し被比較信号として出力する応答信号変換回路と、
前記供給信号に同期した矩形波のデジタル基準信号と前記被比較信号との位相を比較することにより、前記波形情報として前記被比較信号と前記供給信号の位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる第１の検出信号を生成し前記検出信号として出力するデジタル位相比較回路と、
前記供給信号を所定のしきい値電圧と比較することによりデジタル信号に変換し前記デジタル基準信号として出力するしきい値回路からなるデジタル基準信号発生回路と
を有することを特徴とするインピーダンス検出装置。 - 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に応じた検出信号を生成して出力する波形情報検出部と
を備え、
前記波形情報検出部は、
アナログ信号である前記応答信号を当該応答信号の電位と所定の基準電位との大小関係に対応してＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルのいずれかの電位からなるフル振幅のデジタル信号に変換し被比較信号として出力する応答信号変換回路と、
前記供給信号に同期した矩形波のデジタル基準信号と前記被比較信号との位相を比較することにより、前記波形情報として前記被比較信号と前記供給信号の位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる第１の検出信号を生成し前記検出信号として出力するデジタル位相比較回路と、
前記供給信号に同期した基準信号を生成する基準信号発生回路と、前記基準信号を所定のしきい値電圧と比較することによりデジタル信号に変換し前記デジタル基準信号として出力するしきい値回路と、からなるデジタル基準信号発生回路と
を有することを特徴とするインピーダンス検出装置。 - 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に応じた検出信号を生成して出力する波形情報検出部と
を備え、
前記波形情報検出部は、
アナログ信号である前記応答信号を当該応答信号の電位と所定の基準電位との大小関係に対応してＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルのいずれかの電位からなるフル振幅のデジタル信号に変換し被比較信号として出力する応答信号変換回路と、
前記供給信号に同期した矩形波のデジタル基準信号と前記被比較信号との位相を比較することにより、前記波形情報として前記被比較信号と前記供給信号の位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる第１の検出信号を生成し前記検出信号として出力するデジタル位相比較回路と、
前記波形情報として前記応答信号の電圧変化を検出し、当該電圧変化に基づいて前記応答信号を前記応答信号の大きさに応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる第２の検出信号へ変換し前記検出信号として出力するパルス変換回路と
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７に記載のインピーダンス検出装置において、
前記パルス変換回路は、前記応答信号を所定のしきい値電圧と比較し、その比較結果に応じたデジタル信号を前記第２の検出信号として出力するしきい値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２に記載のインピーダンス検出装置において、
前記しきい値回路は、前記応答信号を所定のしきい値電圧と比較することにより得られた前記被比較信号を、前記被検体のインピーダンスにより変化する前記応答信号の電圧変化に応じたパルス幅を有する第２の検出信号として出力することを特徴とするインピーダンス検出装置。 - 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に応じた検出信号を生成して出力する波形情報検出部と
を備え、
前記波形情報検出部は、
アナログ信号である前記応答信号を当該応答信号の電位と所定の基準電位との大小関係に対応してＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルのいずれかの電位からなるフル振幅のデジタル信号に変換し被比較信号として出力する応答信号変換回路と、
前記供給信号に同期した矩形波のデジタル基準信号と前記被比較信号との位相を比較することにより、前記波形情報として前記被比較信号と前記供給信号の位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる第１の検出信号を生成し前記検出信号として出力するデジタル位相比較回路と、
前記応答信号に含まれる高周波成分を除去するローパスフィルタと
を有し、
前記応答信号変換回路は、前記ローパスフィルタから出力された応答信号を前記被比較信号へ変換する
ことを特徴とするインピーダンス検出装置。 - 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に応じた検出信号を生成して出力する波形情報検出部と
を備え、
前記波形情報検出部は、
アナログ信号である前記応答信号を当該応答信号の電位と所定の基準電位との大小関係に対応してＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルのいずれかの電位からなるフル振幅のデジタル信号に変換し被比較信号として出力する応答信号変換回路と、
前記供給信号に同期した矩形波のデジタル基準信号と前記被比較信号との位相を比較することにより、前記波形情報として前記被比較信号と前記供給信号の位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる第１の検出信号を生成し前記検出信号として出力するデジタル位相比較回路と
を有し、
前記応答信号生成部は、前記供給信号生成部と前記検出素子との間に接続された抵抗素子と、当該抵抗素子の両端電圧を差動増幅することにより前記応答信号を生成して出力する差動増幅器を有する電流−電圧変換回路からなる
ことを特徴とするインピーダンス検出装置。 - 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に応じた検出信号を生成して出力する波形情報検出部と
を備え、
前記波形情報検出部は、
アナログ信号である前記応答信号を当該応答信号の電位と所定の基準電位との大小関係に対応してＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルのいずれかの電位からなるフル振幅のデジタル信号に変換し被比較信号として出力する応答信号変換回路と、
前記供給信号に同期した矩形波のデジタル基準信号と前記被比較信号との位相を比較することにより、前記波形情報として前記被比較信号と前記供給信号の位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる第１の検出信号を生成し前記検出信号として出力するデジタル位相比較回路と
を有し、
前記応答信号生成部は、一端が前記供給信号生成部に接続された第１の抵抗素子と、当該第１の抵抗素子の他端と前記検出素子との間に接続された第２の抵抗素子と、前記第２の抵抗素子の両端電圧を差動増幅することにより前記応答信号を生成して出力する差動増幅器を有する電流−電圧変換回路からなる
ことを特徴とするインピーダンス検出装置。 - 検出素子を介して電気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に応じた検出信号を生成して出力する波形情報検出ステップと
を備え、
前記波形情報検出ステップは、
アナログ信号である前記応答信号を当該応答信号の電位と所定の基準電位との大小関係に対応してＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルのいずれかの電位からなるフル振幅のデジタル信号に変換し被比較信号として出力する応答信号変換ステップと、
前記供給信号に同期した矩形波のデジタル基準信号と前記被比較信号との位相を比較することにより、前記波形情報として前記被比較信号と前記供給信号の位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる第１の検出信号を生成し前記検出信号として出力するデジタル位相比較ステップと
を有し、
前記応答信号変換ステップでは、前記応答信号をリミッタアンプによって増幅することによりデジタル信号に変換し前記被比較信号として出力する
ことを特徴とするインピーダンス検出方法。 - 検出素子を介して電気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に応じた検出信号を生成して出力する波形情報検出ステップと
を備え、
前記波形情報検出ステップは、
アナログ信号である前記応答信号を当該応答信号の電位と所定の基準電位との大小関係に対応してＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルのいずれかの電位からなるフル振幅のデジタル信号に変換し被比較信号として出力する応答信号変換ステップと、
前記供給信号に同期した矩形波のデジタル基準信号と前記被比較信号との位相を比較することにより、前記波形情報として前記被比較信号と前記供給信号の位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる第１の検出信号を生成し前記検出信号として出力するデジタル位相比較ステップと
を有し、
前記応答信号変換ステップでは、前記応答信号をしきい値回路によって所定のしきい値電圧と比較することによりデジタル信号に変換し前記被比較信号として出力する
ことを特徴とするインピーダンス検出方法。 - 検出素子を介して電気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に応じた検出信号を生成して出力する波形情報検出ステップと
を備え、
前記波形情報検出ステップは、
アナログ信号である前記応答信号を当該応答信号の電位と所定の基準電位との大小関係に対応してＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルのいずれかの電位からなるフル振幅のデジタル信号に変換し被比較信号として出力する応答信号変換ステップと、
前記供給信号に同期した矩形波のデジタル基準信号と前記被比較信号との位相を比較することにより、前記波形情報として前記被比較信号と前記供給信号の位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる第１の検出信号を生成し前記検出信号として出力するデジタル位相比較ステップと
を有し、
前記デジタル位相比較ステップでは、前記被比較信号と前記デジタル基準信号の排他的論理和を前記検出信号として出力する
ことを特徴とするインピーダンス検出方法。 - 検出素子を介して電気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に応じた検出信号を生成して出力する波形情報検出ステップと
を備え、
前記波形情報検出ステップは、
アナログ信号である前記応答信号を当該応答信号の電位と所定の基準電位との大小関係に対応してＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルのいずれかの電位からなるフル振幅のデジタル信号に変換し被比較信号として出力する応答信号変換ステップと、
前記供給信号に同期した矩形波のデジタル基準信号と前記被比較信号との位相を比較することにより、前記波形情報として前記被比較信号と前記供給信号の位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる第１の検出信号を生成し前記検出信号として出力するデジタル位相比較ステップと
を有し、
前記供給信号は、所定周波数のクロック信号に基づいて生成された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であり、
前記波形情報検出ステップでは、前記クロック信号を前記デジタル基準信号として用いる
ことを特徴とするインピーダンス検出方法。 - 検出素子を介して電気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に応じた検出信号を生成して出力する波形情報検出ステップと
を備え、
前記波形情報検出ステップは、
アナログ信号である前記応答信号を当該応答信号の電位と所定の基準電位との大小関係に対応してＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルのいずれかの電位からなるフル振幅のデジタル信号に変換し被比較信号として出力する応答信号変換ステップと、
前記供給信号をしきい値回路によって所定のしきい値電圧と比較することによりデジタル信号に変換し、前記供給信号に同期した矩形波のデジタル基準信号として出力するデジタル基準信号発生ステップと、
前記デジタル基準信号と前記被比較信号との位相を比較することにより、前記波形情報として前記被比較信号と前記供給信号の位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる第１の検出信号を生成し前記検出信号として出力するデジタル位相比較ステップと
を有することを特徴とするインピーダンス検出方法。 - 検出素子を介して電気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に応じた検出信号を生成して出力する波形情報検出ステップと
を備え、
前記波形情報検出ステップは、
アナログ信号である前記応答信号を当該応答信号の電位と所定の基準電位との大小関係に対応してＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルのいずれかの電位からなるフル振幅のデジタル信号に変換し被比較信号として出力する応答信号変換ステップと、
前記供給信号に同期した基準信号を生成し、前記基準信号をしきい値回路によって所定のしきい値電圧と比較することによりデジタル信号に変換し、前記供給信号に同期した矩形波のデジタル基準信号として出力するデジタル基準信号発生ステップと、
前記デジタル基準信号と前記被比較信号との位相を比較することにより、前記波形情報として前記被比較信号と前記供給信号の位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる第１の検出信号を生成し前記検出信号として出力するデジタル位相比較ステップと
を有することを特徴とするインピーダンス検出方法。 - 検出素子を介して電気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に応じた検出信号を生成して出力する波形情報検出ステップと
を備え、
前記波形情報検出ステップは、
アナログ信号である前記応答信号を当該応答信号の電位と所定の基準電位との大小関係に対応してＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルのいずれかの電位からなるフル振幅のデジタル信号に変換し被比較信号として出力する応答信号変換ステップと、
前記供給信号に同期した矩形波のデジタル基準信号と前記被比較信号との位相を比較することにより、前記波形情報として前記被比較信号と前記供給信号の位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる第１の検出信号を生成し前記検出信号として出力するデジタル位相比較ステップと、
前記波形情報として前記応答信号の電圧変化を検出し、当該電圧変化に基づいて前記応答信号を前記応答信号の大きさに応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる第２の検出信号へ変換し前記検出信号として出力するパルス変換ステップと
を有することを特徴とするインピーダンス検出方法。 - 請求項１９に記載のインピーダンス検出方法において、
前記パルス変換ステップでは、前記応答信号をしきい値回路によって所定のしきい値電圧と比較し、その比較結果に応じたデジタル信号を前記第２の検出信号として出力することを特徴とするインピーダンス検出方法。 - 請求項１４に記載のインピーダンス検出方法において、
前記応答信号変換ステップでは、前記応答信号を前記しきい値回路によって所定のしきい値電圧と比較することにより得られた前記被比較信号を、前記被検体のインピーダンスにより変化する前記応答信号の電圧変化に応じたパルス幅を有する第２の検出信号として出力することを特徴とするインピーダンス検出方法。 - 検出素子を介して電気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に応じた検出信号を生成して出力する波形情報検出ステップと
を備え、
前記波形情報検出ステップは、
アナログ信号である前記応答信号を当該応答信号の電位と所定の基準電位との大小関係に対応してＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルのいずれかの電位からなるフル振幅のデジタル信号に変換し被比較信号として出力する応答信号変換ステップと、
前記供給信号に同期した矩形波のデジタル基準信号と前記被比較信号との位相を比較することにより、前記波形情報として前記被比較信号と前記供給信号の位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる第１の検出信号を生成し前記検出信号として出力するデジタル位相比較ステップと
を有し、
前記応答信号変換ステップでは、前記応答信号に含まれる高周波成分を除去するローパスフィルタから出力された応答信号を前記被比較信号へ変換する
ことを特徴とするインピーダンス検出方法。 - 検出素子を介して電気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に応じた検出信号を生成して出力する波形情報検出ステップと
を備え、
前記波形情報検出ステップは、
アナログ信号である前記応答信号を当該応答信号の電位と所定の基準電位との大小関係に対応してＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルのいずれかの電位からなるフル振幅のデジタル信号に変換し被比較信号として出力する応答信号変換ステップと、
前記供給信号に同期した矩形波のデジタル基準信号と前記被比較信号との位相を比較することにより、前記波形情報として前記被比較信号と前記供給信号の位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる第１の検出信号を生成し前記検出信号として出力するデジタル位相比較ステップと
を有し、
前記応答信号生成ステップでは、前記供給信号を抵抗素子を介して前記検出素子に供給することにより前記被検体に前記印加信号を印加し、前記抵抗素子の両端電圧を差動増幅することにより電流−電圧変換を行い、前記応答信号を生成して出力する
ことを特徴とするインピーダンス検出方法。 - 検出素子を介して電気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に応じた検出信号を生成して出力する波形情報検出ステップと
を備え、
前記波形情報検出ステップは、
アナログ信号である前記応答信号を当該応答信号の電位と所定の基準電位との大小関係に対応してＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルのいずれかの電位からなるフル振幅のデジタル信号に変換し被比較信号として出力する応答信号変換ステップと、
前記供給信号に同期した矩形波のデジタル基準信号と前記被比較信号との位相を比較することにより、前記波形情報として前記被比較信号と前記供給信号の位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる第１の検出信号を生成し前記検出信号として出力するデジタル位相比較ステップと
を有し、
前記応答信号生成ステップでは、前記供給信号を第１の抵抗素子の一端から、当該第１の抵抗素子と、当該第１の抵抗素子の他端と前記検出素子との間に接続された第２の抵抗素子とを介して前記検出素子に供給することにより前記被検体に前記印加信号を印加し、前記第２の抵抗素子の両端電圧を差動増幅することにより電流−電圧変換を行い、前記応答信号を生成して出力する
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ないし１２のいずれか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２５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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