表面形状認識センサ装置
【課題】小さな回路規模で高い生体判定精度を得る。
【解決手段】基準信号生成部４に、入力された周波数調整値４２Ｓに応じた一定周波数の基準信号４Ｓを生成する可変周波数発振部４１を設け、例えば表面形状認識センサ装置１０の起動時など、第２のＡ／Ｄ変換部３１でのＡ／Ｄ変換動作が実行される以前に、制御部２５からの調整動作制御信号４Ｒに基づいて、基準信号４Ｓの周波数を調整するための周波数調整動作を実行し、カウント部４３からの計数結果４Ｘが所定の許容範囲に収まるよう周波数調整値４２Ｓを変更することにより、基準信号４Ｓの周波数を調整する。
【解決手段】基準信号生成部４に、入力された周波数調整値４２Ｓに応じた一定周波数の基準信号４Ｓを生成する可変周波数発振部４１を設け、例えば表面形状認識センサ装置１０の起動時など、第２のＡ／Ｄ変換部３１でのＡ／Ｄ変換動作が実行される以前に、制御部２５からの調整動作制御信号４Ｒに基づいて、基準信号４Ｓの周波数を調整するための周波数調整動作を実行し、カウント部４３からの計数結果４Ｘが所定の許容範囲に収まるよう周波数調整値４２Ｓを変更することにより、基準信号４Ｓの周波数を調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体認識技術に関し、特に被検体から指紋などの生体情報を検出して個人認識を行う際に、その被検体が生体か否かを判定する表面形状認識技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検体から指紋などの生体情報を検出して個人認識を行う表面形状認識センサ装置において、その被検体が生体か否かを判定する技術が提案されている（例えば、特許文献１など参照）。
図１２は、従来の表面形状認識センサ装置の概観図である。図１３は、従来の表面形状認識センサ装置の概略構成を示すブロック図である。図１４は、従来の表面形状認識センサ装置の全体構成を示すブロック図である。
【０００３】
この表面形状認識センサ装置１０は、ＬＳＩチップにセンサアレイ５と、表面形状検出部２および生体認識部３などの各回路部とを形成し、このセンサアレイ５で被検体９の表面形状を検出し、２次元の表面形状データ２Ｓを生成して出力する装置である。
センサアレイ５には、表面形状検出用の複数の容量検出ユニット２０が対となる検出素子１Ａとともに格子状(行列マトリクス状)に配置されている。容量検出ユニット２０は、被検体９の表面形状との間に生じた容量を、対となる検出素子１Ａで検出し、表面形状の凹凸に応じた期間だけ有効な値を示す容量信号２０Ｓを出力する機能を有している。制御部２５、列セレクタ２６、第１のＡ／Ｄ変換部２７、および行セレクタ２８は、各容量検出ユニット２０とともに、表面形状検出部２を構成する回路部である。
【０００４】
表面形状検出部２は、制御部２５および列セレクタ２６から各容量検出ユニット２０を列単位で順に走査し、各容量検出ユニット２０で得られた容量信号２０Ｓを第１のＡ／Ｄ変換部２７で凹凸データ２７ＳへＡ／Ｄ変換した後、行セレクタ２８でこれら凹凸データ２７Ｓを行単位で順に選択することにより、被検体９の表面形状を示す２次元の表面形状データ２Ｓを生成して出力する。
【０００５】
表面形状認識センサ装置１０では、容量検出ユニット２０のうちのいずれか、図１４の例ではセンサアレイ５の中央に配置されている容量検出ユニット２０に代えて、生体認識用のインピーダンス検出ユニット３０が対となる検出素子１Ｂとともに配置されている。インピーダンス検出ユニット３０は、対となる検出素子１Ｂを介して被検体９と電気的に接触することにより、被検体９のインピーダンスを検出し、そのインピーダンスに応じた期間だけ有効な値を示す検出信号３０Ｓを出力する。第２のＡ／Ｄ変換部３１、生体判定部３２、および基準信号発生部３３は、インピーダンス検出ユニット３０とともに、生体認識部３を構成する回路部である。
【０００６】
生体認識部３は、基準信号発生部３３で生成された基準信号３３Ｓに基づいて、インピーダンス検出ユニット３０から出力された検出信号３０Ｓを、第２のＡ／Ｄ変換部３１でＡ／Ｄ変換し、得られた判定データ３１Ｓに基づいて生体判定部３２で被検体９が生体か否かを判定し、その判定結果を生体認識結果３Ｓとして出力する。
【０００７】
図１５は、第１のＡ／Ｄ変換部の構成を示す回路図である。この第１のＡ／Ｄ変換部２７は、データ線２０Ｌごとに設けられた、ＡＮＤ回路２７Ａおよびカウンタ２７Ｂと、ＡＮＤ回路２７Ｃとから構成されている。
ＡＮＤ回路２７Ｃは、制御部２５からの変換動作制御信号２７Ｄが有効な値を示すＡ／Ｄ変換動作期間だけ、制御部２５からのクロック信号２７Ｔを各ＡＮＤ回路２７Ａへ出力する。
【０００８】
ＡＮＤ回路２７Ａは、対応するデータ線２０Ｌの容量信号２０Ｓが有効な値を示す期間だけ、ＡＮＤ回路２７Ｃからのクロック信号２７Ｔをカウンタ２７Ｂへ入力する。カウンタ２７Ｂは、所定のリセット信号（図示せず）でカウント値をリセットした後、対応するＡＮＤ回路２７Ａを介して入力されたクロック信号２７Ｔのパルスを計数し、その計数結果を並列ビットデータからなる凹凸データ２７Ｓとして行セレクタ２８へ出力する。これにより、Ａ／Ｄ変換動作期間において、容量信号２０Ｓが並列してＡ／Ｄ変換され、凹凸データ２７Ｓとして出力される。
【０００９】
図１６は、第２のＡ／Ｄ変換部の構成を示す回路図である。この第２のＡ／Ｄ変換部３１は、ＡＮＤ回路３１Ａとカウンタ３１Ｂとから構成されている。ＡＮＤ回路３１Ａは、インピーダンス検出ユニット３０からの検出信号３０Ｓが有効な値を示す期間だけ、制御部２５からの基準信号３３Ｓをカウンタ３１Ｂへ入力する。カウンタ３１Ｂは、所定のリセット信号（図示せず）でカウント値をリセットした後、ＡＮＤ回路３１Ａを介して入力された基準信号３３Ｓのパルスを計数し、その計数結果を並列ビットデータからなるＡ／Ｄ変換値、すなわち判定データ３１Ｓとして生体判定部３２へ出力する。
【００１０】
【特許文献１】国際公開番号：ＷＯ２００５／０１９７６７Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、このような従来技術では、基準信号３３Ｓを基準信号発生部３３として、表面形状認識センサ装置１０を構成するＬＳＩチップに搭載したリングオシレータを用いているため、トランジスタの製造バラツキに起因するチップごとの基準信号３３Ｓの周波数バラツキが発生し、インピーダンス検出ユニット３０からの検出信号３０Ｓに基づくインピーダンス検出精度が低下し、生体判定精度の低下に繋がるという問題点があった。
【００１２】
また、基準信号発生部３３としてＰＬＬを用いた場合には、基準信号３３Ｓの周波数バラツキを抑えることができるものの、ＰＬＬ自体の回路規模が大きいため表面形状認識センサ装置１０を構成するＬＳＩチップも大きくなり、製造コストが増大するという問題点があった。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、小さな回路規模で高い生体判定精度が得られる表面形状認識センサ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このような目的を達成するために、本発明にかかる表面形状認識センサ装置は、格子状に配置された第１の検出素子ごとに設けられ、被検体との間に生じた容量を当該第１の検出素子で検出し、その容量に応じた容量信号をそれぞれ出力する複数の容量検出ユニットと、容量検出ユニットのうち列方向に並ぶ容量検出ユニットを結ぶ複数の制御線と、容量検出ユニットのうち行方向に並ぶ容量検出ユニットを結ぶ複数のデータ線と、制御線のいずれか１つを順次選択することにより当該制御線に接続された容量検出ユニット列を選択する列セレクタと、列セレクタにより選択された選択列の容量検出ユニットから当該データ線に出力された容量信号を、当該選択列における被検体表面形状を示す凹凸データにＡ／Ｄ変換してそれぞれ出力するＡ／Ｄ変換部と、列セレクタにより容量検出ユニット列が選択されるごとに、Ａ／Ｄ変換部から出力された凹凸データを列方向に１つずつ順次選択することにより、被検体の表面形状を示す表面形状データとして出力する行セレクタと、容量検出ユニットのいずれかに代えて第２の検出素子とともに配置され、当該第２の検出素子を介して被検体と電気的に接触することにより被検体のインピーダンスを検出し、そのインピーダンスに応じたパルス幅を有する検出信号を出力するインピーダンス検出ユニットと、入力された周波数調整値に応じた一定周波数の基準信号を生成する可変周波数発振部を含む基準信号生成部と、基準信号のパルス数をカウンタにより検出信号のパルス幅に相当する期間にわたり計数し、得られた第１の計数結果を検出信号のＡ／Ｄ変換値として出力する第２のＡ／Ｄ変換部と、第２のＡ／Ｄ変換部で得られたＡ／Ｄ変換値に基づき被検体が生体であるか否かを判定する生体判定部とを備え、基準信号生成部は、第２のＡ／Ｄ変換部で検出信号をＡ／Ｄ変換する以前の周波数調整動作時に、可変周波数発振部で生成された基準信号のパルス数を一定の計測期間にわたり計数し、得られた第２の計数結果が所定の許容範囲に収まるよう周波数調整値を変更し、第２の計数結果が許容範囲に収まった時点で、当該周波数調整値を可変周波数発振部へ保持出力する周波数調整部を含む。
【００１４】
この際、基準信号生成部に、可変周波数発振部で生成された基準信号のパルス数を計測期間ごとに計数し、得られた第２の計数結果を周波数調整部へ出力するカウント部を設けてもよい。
【００１５】
また、カウント部で、入力されたカウント制御信号のパルス幅で規定された計測期間長ごとに基準信号のパルス数を計数し、周波数調整部で、第２の計数結果が許容範囲に収まるまで、カウント制御信号のパルス数を順次計数した第３の計数結果を周波数調整値として出力し、第３の計数結果が許容範囲に収まった時点で、当該第３の計数結果を周波数調整値として可変周波数発振部へ保持出力するようにしてもよい。
【００１６】
また、基準信号生成部に、周波数調整動作時、検出信号に代えて計測期間長のパルス幅を有するカウント制御信号を第２のＡ／Ｄ変換部へ入力するセレクタを設け、周波数調整部で、第２のＡ／Ｄ変換部で得られたＡ／Ｄ変換値を、計測期間にわたり基準信号のパルス数を計数して得られた第２の計数結果として用いるようにしてもよい。
【００１７】
また、周波数調整部で、第２の計数結果が許容範囲に収まるまで、カウント制御信号のパルス数を順次計数した第３の計数結果を周波数調整値として出力し、第３の計数結果が許容範囲に収まった時点で、当該第３の計数結果を周波数調整値として可変周波数発振部へ保持出力するようにしてもよい。
【００１８】
また、周波数調整部で、第２の計数結果が許容範囲に収まるまで、周波数調整値を初期値から増加または減少のいずれか一方向へ順次変更するようにしてもよい。
【００１９】
また、周波数調整部で、第２の計数結果が許容範囲に収っていない場合、第２の計数結果と許容範囲に含まれる任意のしきい値との計数差と、周波数調整値の差分調整値との対応関係に基づいて、第２の計数結果としきい値との計数差に対応する差分調整値を算出し、当該差分調整値分だけ周波数調整値を一度にまとめて変更して可変周波数発振部へ出力するようにしてもよい。
【００２０】
また、インピーダンス検出ユニットと第２のＡ／Ｄ変換部との間に設けられた、互いに直列接続された複数の増幅器を含む信号伝達回路をさらに設けてもよい。
【００２１】
この際、信号伝達回路を、インピーダンス検出ユニットからの検出信号を反転出力するインバータと、互いに直列接続された複数の差動増幅器からなり、検出信号とインバータからの反転検出信号とを入力とする差動増幅器群と、差動増幅器群からの差動出力をシングルエンド出力に変換して出力する信号変換回路とから構成してもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ＰＬＬなどの規模が大きい回路を用いることなく、比較的規模の小さい回路で、第２のＡ／Ｄ変換部でのＡ／Ｄ変換に用いる基準信号の周波数を正確に調整することができる。このため、ＬＳＩチップの製造バラツキに大きな影響を受けることなく、インピーダンス検出ユニットからの検出信号を用いた被検体のインピーダンスを、精度良く検出することができ、高い生体判定精度が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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表面形状認識センサ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表面形状認識センサ装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、本発明の第１の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置の全体構成を示すブロック図である。
【００２４】
この表面形状認識センサ装置１０は、指の指紋などの微細な凹凸を有する被検体の照合対象表面の形状と照合データと比較照合することにより被検体の認証を行う表面形状認識センサ装置において、被検体の表面形状を検出する回路装置として用いられる。
表面形状認識センサ装置１０の概観は、前述した従来の表面形状認識センサ装置で示した図１２と同等である。なお、以下では、前述した図１２〜１６と同じまたは同等部分について、同一符号を用いて説明する。
【００２５】
表面形状認識センサ装置１０には、前述した図１２に示すように、ＬＳＩチップの上に２次元（アレイ状や格子状）に配置された多数の微細な検出素子１（１Ａ，１Ｂ）を有するセンサアレイ５が設けられている。
この表面形状認識センサ装置１０のセンサ面８に指など被検体９を接触させることにより、その被検体９の表面、ここでは指紋の凹凸形状がそれぞれの検出素子１を介して個別に検出され、被検体９の表面形状を示す表面形状データが出力される。
【００２６】
図２に示すように、センサアレイ５には、表面形状検出用の複数の容量検出ユニット２０が対となる検出素子（第１の検出素子）１Ａとともに２次元（アレイ状や格子状）に配置されている。また、容量検出ユニット２０のうちのいずれか、図２の例では格子状に配置されたセンサアレイ５の中央に配置されているｍ行×ｎ列分の容量検出ユニット２０に代えて、生体認識用のインピーダンス検出ユニット３０が対となる検出素子（第２の検出素子）１Ｂとともに配置されている。
【００２７】
この表面形状認識センサ装置１０には、図１に示すように、機能ブロックとして、表面形状検出部２、生体認識部３、および基準信号生成部４が設けられており、センサアレイ５とともに同一ＬＳＩチップの周辺空き領域に形成されている。
表面形状検出部２は、各容量検出ユニット２０で検出した被検体９の表面形状を示す容量信号２０Ｓに基づいて、２次元の表面形状データ２Ｓを生成して出力する機能を有している。
【００２８】
生体認識部３は、インピーダンス検出ユニット３０で検出した被検体９のインピーダンスを示す検出信号３０ＳをＡ／Ｄ変換し、得られたＡ／Ｄ変換値に基づいて、被検体９が生体か否かを認識し、その認識結果３Ｓを出力する機能を有している。
基準信号生成部４は、生体認識部３でのＡ／Ｄ変換に用いる一定周波数の基準信号を生成する機能を有している。
【００２９】
［表面形状検出部］
表面形状検出部２には、主な回路として、容量検出ユニット２０のほか、制御部２５、列セレクタ２６、第１のＡ／Ｄ変換部２７、および行セレクタ２８が設けられている。
各容量検出ユニット２０のうち、列方向（上下方向）に並ぶ各容量検出ユニット２０は、当該列に対応する制御線２６Ｌを介して列セレクタ２６にそれぞれ接続されている。また、行方向（左右方向）に並ぶ各容量検出ユニット２０は、当該行に対応するデータ線２０Ｌを介して第１のＡ／Ｄ変換部２７にそれぞれ接続されている。
【００３０】
センサ面８に載置された指など被検体９の表面形状を検出する際、表面形状検出部２は、列セレクタ２６で、制御部２５からのアドレス信号２５Ａおよび容量検出制御信号２５Ｂに基づき、制御線２６Ｌのいずれか１つを順に選択することにより、各容量検出ユニット２０を列単位で、例えば図２のセンサアレイ５において左から右へ、順に走査する。各容量検出ユニット２０は、上記選択に応じて対応する制御線２６Ｌに列セレクト信号２６Ｓが出力された場合、検出素子１Ａと被検体９との間の容量を検出し、その容量に応じたパルス幅を有する容量信号２０Ｓをそれぞれのデータ線２０Ｌへ出力する。
【００３１】
第１のＡ／Ｄ変換部２７は、制御部２５からのクロック信号２７Ｔおよび変換動作制御信号２７Ｄに基づいて、データ線２０Ｌを介して入力された容量信号２０Ｓを、被検体９の表面形状を示す凹凸データ２７ＳにＡ／Ｄ変換して出力する。
行セレクタ２８は、これら凹凸データ２７Ｓを行単位で順に選択することにより、被検体９の表面形状を示す２次元の表面形状データ２Ｓを生成して出力する。
【００３２】
［生体認識部］
生体認識部３には、主な回路として、インピーダンス検出ユニット３０のほか、第２のＡ／Ｄ変換部３１および生体判定部３２が設けられている。
インピーダンス検出ユニット３０は、当該列に対応する制御線２６Ｌを介して制御部２５に接続されているとともに、当該行に対応するデータ線２０Ｌを介して第２のＡ／Ｄ変換部３１に接続されている。インピーダンス検出ユニット３０は、上記制御線２６Ｌに列セレクト信号２６Ｓが出力された場合、検出素子１Ａと検出素子１Ｂとの間に電気的に接続された被検体９のインピーダンスを検出し、そのインピーダンスに応じたパルス幅を有する検出信号３０Ｓを上記データ線２０Ｌへ出力する。
【００３３】
第２のＡ／Ｄ変換部３１は、基準信号生成部４で生成された一定周波数の基準信号４Ｓのパルス数を、インピーダンス検出ユニット３０から出力された検出信号３０Ｓのパルス幅にわたり計数し、並列ビットデータからなるその計数結果（第１の計数結果）を検出信号３０ＳのＡ／Ｄ変換値、すなわち判定データ３１Ｓとして生体判定部３２へ出力する。
生体判定部３２は、第２のＡ／Ｄ変換部３１からの判定データ３１Ｓに基づいて、被検体９が生体か否かを示す認識結果３Ｓを出力する。
【００３４】
［基準信号生成部］
基準信号生成部４には、主な回路として、可変周波数発振部４１、周波数調整部４２、およびカウント部４３が設けられている。
カウント部４３は、制御部２５からのカウント制御信号４Ｔのパルス幅で規定される一定の計測期間にわたり、基準信号４Ｓのパルス数を計数し、並列ビットデータからなる計数結果（第２の計数結果）４Ｘとして周波数調整部４２へ出力する。
【００３５】
可変周波数発振部４１は、入力された周波数調整値４２Ｓに応じた一定周波数の基準信号４Ｓを生成する。図３は、可変周波数発振部の構成を示す回路図である。この可変周波数発振部４１は、Ｄ／Ａ変換器４１Ａと電圧制御発振器４１Ｂから構成されている。Ｄ／Ａ変換器４１Ａは、周波数調整部４２からの周波数調整値４２Ｓの並列ビットデータをＤ／Ａ変換し、その値に応じた制御電圧４１Ｓを出力する。電圧制御発振器４１Ｂは、Ｄ／Ａ変換器４１Ａからの制御電圧４１Ｓに応じた周波数でクロックを発生させ、基準信号４Ｓとして第２のＡ／Ｄ変換部３１へ出力する。
【００３６】
周波数調整部４２は、例えば表面形状認識センサ装置１０の起動時など、第２のＡ／Ｄ変換部３１でのＡ／Ｄ変換動作が実行される以前に、制御部２５からの調整動作制御信号４Ｒに基づいて、基準信号４Ｓの周波数を調整するための周波数調整動作を実行し、カウント部４３からの計数結果４Ｘが所定の許容範囲に収まるよう周波数調整値４２Ｓを変更することにより、基準信号４Ｓの周波数を調整する。
【００３７】
図４は、周波数調整部の構成を示す回路図である。この周波数調整部４２は、比較部４２Ａ、ラッチ４２Ｂ、およびカウンタ４２Ｃから構成されている。
比較部４２Ａは、基準信号４Ｓの許容範囲を示すしきい値４Ｙ（並列ビットデータ）とカウント部４３の計数結果４Ｘとを比較し、計数結果４Ｘがしきい値４Ｙに到達して許容範囲に収まった時点で比較結果４Ｚの論理値を反転出力する比較回路である。
【００３８】
ラッチ４２Ｂは、制御部２５からの調整動作制御信号４Ｒに応じて、制御部２５からのカウント制御信号４Ｔをカウンタ４２Ｃへクロックとして出力するラッチ回路であり、比較結果４Ｚの論理値反転により、カウント制御信号４Ｔの出力を停止する。カウンタ４２Ｃは、ラッチ４２Ｂを介して入力されたカウント制御信号４Ｔのパルスを計数し、その計数結果（第３の計数結果）を並列ビットデータからなる周波数調整値４２Ｓとして可変周波数発振部４１へ出力する。これにより、カウント制御信号４Ｔが示す計測期間ごとに異なる周波数を示す周波数調整値４２Ｓが周波数調整部４２から出力される。
【００３９】
カウント部４３は、カウント制御信号４Ｔの計測期間ごとに、電圧制御発振器４１Ｂからの基準信号４Ｓのパルスを計数し、その計数結果４Ｘを周波数調整部４２へ出力する。
この際、しきい値４Ｙの値は、第２のＡ／Ｄ変換部３１で用いる基準信号４Ｓの正規の周波数の場合に、カウント制御信号４Ｔの計測期間長で計数される基準信号４Ｓのパルス数と等しい値に設定されている。実際には、第２のＡ／Ｄ変換部３１でのＡ／Ｄ変換精度に応じて、基準信号４Ｓの周波数に許容誤差が存在する。このため、しきい値４Ｙとしては、この許容誤差に対応する周波数調整値４２Ｓの許容範囲に含まれる任意の値が用いられる。
【００４０】
［第１の実施の形態の動作］
次に、図５および図６を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置における周波数調整動作について説明する。図５は、周波数調整動作の処理順序を示すフローチャートである。図６は、周波数調整動作の各部の動作を示すタイミングチャートである。ここでは、可変周波数発振部４１からの基準信号４Ｓを、正規の周波数より高い周波数を示す初期値から順次下げる方向で正規の周波数へ調整する場合を例として説明する。
【００４１】
表面形状認識センサ装置１０の制御部２５は、例えば電源投入後の初期化動作時に、調整動作制御信号４Ｒを出力することにより、図５の周波数調整動作を実行する。
まず、周波数調整部４２は、制御部２５からの調整動作制御信号４Ｒに応じてカウンタ４２Ｃの計数値をリセットするとともに、制御部２５からの調整動作制御信号４Ｒに応じてラッチ４２Ｂを制御して、制御部２５からのカウント制御信号４Ｔをカウンタ４２Ｃへ出力する。これにより、カウンタ４２Ｃでは、カウント制御信号４Ｔの立ち上がりエッジでそのパルス数を１つ計数し、その計数結果である周波数調整値４２Ｓを初期化する（ステップ１００）。この際、周波数調整値４２Ｓとして、基準信号４Ｓの正規の周波数より高い周波数を示す初期値が出力される。
【００４２】
可変周波数発振部４１は、周波数調整部４２からの周波数調整値４２Ｓに応じた周波数の基準信号４Ｓを生成して出力し（ステップ１０１）、カウント部４３は、カウント制御信号４Ｔの立ち上がりエッジに同期して、電圧制御発振器４１Ｂからの基準信号４Ｓのパルスの計数を開始し、カウント制御信号４Ｔの立ち下がりエッジにより計測期間が終了するまで、基準信号４Ｓのパルスが計数される（ステップ１０２）。
この後、カウント制御信号４Ｔの立ち下がりエッジにより計測期間が終了し、カウント部４３は、その計数結果４Ｘを周波数調整部４２へ出力する。
【００４３】
周波数調整部４２は、カウント制御信号４Ｔの立ち下がりエッジに応じて、カウント部４３からの計数結果４Ｘとしきい値４Ｙとを比較部４２Ａで比較する（ステップ１０３）。
ここで、計数結果４Ｘがしきい値４Ｙに達していない場合には（ステップ１０３：ＮＯ）、比較部４２Ａの比較結果４Ｚが反転しないため、ラッチ４２Ｂを介したカウンタ４２Ｃに対するカウント制御信号４Ｔの入力が継続される。このため、カウント制御信号４Ｔの次の立ち上がりエッジで、そのパルス数が１つ計数され、その計数結果である周波数調整値４２Ｓが「１」だけ変更され（ステップ１０４）、ステップ１０１へ戻る。これにより、周波数調整値４２Ｓとして、前回の周波数より、値として「１」に相当する単位変更分だけ低い周波数を示す値が出力される。
【００４４】
一方、計数結果４Ｘがしきい値４Ｙに達した場合には（ステップ１０３：ＹＥＳ）、比較結果４Ｚが反転する。この際、しきい値４Ｙの値は、第２のＡ／Ｄ変換部３１で用いる基準信号４Ｓの正規の周波数の場合に、カウント制御信号４Ｔの計測期間長で計数される基準信号４Ｓのパルス数と等しい値に設定されている。したがって、計数結果４Ｘがしきい値４Ｙに達した時点で、基準信号４Ｓの正規の周波数となっている。
【００４５】
ラッチ４２Ｂは、比較結果４Ｚの反転に応じて、カウンタ４２Ｃに対するカウント制御信号４Ｔの入力を停止する。これにより、カウンタ４２Ｃの計数値が保持され、周波数調整値４２Ｓとして、現在の周波数すなわち正規の周波数を示す値が保持出力される（ステップ１０５）。
この後、制御部２５は、調整動作制御信号４Ｒの出力開始から所定期間後、あるいは比較結果４Ｚの反転に応じて、調整動作制御信号４Ｒの出力を停止し、一連の周波数調整動作が終了する。
【００４６】
［第１の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態では、基準信号生成部４に、入力された周波数調整値４２Ｓに応じた一定周波数の基準信号４Ｓを生成する可変周波数発振部４１を設け、例えば表面形状認識センサ装置１０の起動時など、第２のＡ／Ｄ変換部３１でのＡ／Ｄ変換動作が実行される以前に、制御部２５からの調整動作制御信号４Ｒに基づいて、基準信号４Ｓの周波数を調整するための周波数調整動作を実行し、カウント部４３からの計数結果４Ｘが所定の許容範囲に収まるよう周波数調整値４２Ｓを変更することにより、基準信号４Ｓの周波数を調整している。
【００４７】
したがって、ＰＬＬなどの規模が大きい回路を用いることなく、図３や図４に示したような比較的規模の小さい回路で、第２のＡ／Ｄ変換部３１でのＡ／Ｄ変換に用いる基準信号４Ｓの周波数を正確に調整することができる。このため、ＬＳＩチップの製造バラツキに大きな影響を受けることなく、インピーダンス検出ユニット３０からの検出信号３０Ｓを用いた、被検体９のインピーダンスを精度良く検出することができ、高い生体判定精度が得られる。
【００４８】
また、本実施の形態では、カウント部４３で、入力されたカウント制御信号４Ｔのパルス幅で規定された計測期間長ごとに基準信号４Ｓのパルス数を計数し、周波数調整部４２で、計数結果４Ｘが許容範囲に収まるまで、カウント制御信号４Ｔのパルス数を順次計数した計数結果を周波数調整値４２Ｓとして出力し、この計数結果が許容範囲に収まった時点で、当該計数結果を周波数調整値４２として可変周波数発振部４１へ保持出力するようにしたので、１つのカウント制御信号４Ｔで、計測期間を規定するとともに、周波数調整値４２Ｓを順次変更することができる。
【００４９】
このため、周波数調整動作に用いる制御信号として、タイミングの異なる複数の制御信号を生成する必要がなくなり、回路の複雑化を抑制することができる。したがって、結果として、表面形状認識センサ装置１０を構成するＬＳＩチップ面積を縮小でき製造コストを削減することが可能となる。
【００５０】
また、本実施の形態では、周波数調整値４２Ｓを「１」ずつ加算して、基準信号４Ｓの周波数を、正規の周波数より大きい周波数を示す初期値から正規の周波数へ順次下げていく方向で基準信号４Ｓの周波数を調整する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い。例えば、周波数調整値４２Ｓを「１」ずつ加算して、基準信号４Ｓの周波数を、正規の周波数より小さい周波数を示す初期値から正規の周波数へ順次上げていく方向で基準信号４Ｓの周波数を調整してもよい。また、カウンタ４２Ｃとして加算カウンタを用いたが、減算カウンタを用いて、入力されたカウント制御信号４Ｔのパルスに応じて周波数調整値４２Ｓを「１」ずつ減算してもよい。
【００５１】
［第２の実施の形態］
次に、図７を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置について説明する。図７は、本発明の第２の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置の全体構成を示すブロック図である。
第１の実施の形態では、周波数調整動作時に、基準信号４Ｓのパルス数をカウント部４３で計数する場合について説明した。本実施の形態では、カウント部４３の代わりに、周波数調整動作時だけ第２のＡ／Ｄ変換部３１のカウンタ３１Ｂを用いて基準信号４Ｓのパルス数を計数する場合について説明する。
【００５２】
本実施の形態では、第２のＡ／Ｄ変換器３１を周波数調整動作時に兼用するため、第２のＡ／Ｄ変換部３１の入力段にセレクタ４４を設け、周波数調整動作時には、制御部２５からのカウント制御信号４Ｔを第２のＡ／Ｄ変換部３１へ入力し、周波数調整動作後の生体認識動作時には、インピーダンス検出ユニット３０からの検出信号３０Ｓを第２のＡ／Ｄ変換部３１へ入力している。この際、セレクタ４４の切替信号として制御部２５からの調整動作制御信号４Ｒを用いている。
【００５３】
前述の図１６に示したように第２のＡ／Ｄ変換部３１には、検出信号３０Ｓのパルス幅で規定される期間にわたり、基準信号３３Ｓすなわち基準信号４Ｓのパルス数を計数するカウンタ３１Ｂが設けられている。したがって、検出信号３０Ｓに代えて、制御部２５からのカウント制御信号４Ｔを入力することにより、カウント制御信号４Ｔのパルス幅で規定される計測期間にわたり、基準信号４Ｓのパルス数がカウンタ３１Ｂで計数され、判定データ３１Ｓとして出力される。
【００５４】
周波数調整部４２は、第２のＡ／Ｄ変換部３１からの判定データ３１Ｓを、計数結果４Ｘとして入力し、この計数結果４Ｘが所定の許容範囲に収まるよう周波数調整値４２Ｓを変更することにより、基準信号４Ｓの周波数を調整する。この際、計数結果４Ｘの取り込みについては、例えば前述のカウント部４３と同様に、カウント制御信号４Ｔの立ち下がりタイミングに基づき周波数調整部４２で取り込めばよい。
なお、本実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置１０における他の構成および動作については、第１の実施の形態と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
【００５５】
［第２の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態では、周波数調整動作時、検出信号３０Ｓに代えて計測期間長のパルス幅を有するカウント制御信号４Ｔを第２のＡ／Ｄ変換部３１へ入力するセレクタ４４を設け、周波数調整動作時に基準信号４Ｓのパルス数を計数するカウンタとして、第２のＡ／Ｄ変換部３１内のカウンタ３１Ｂを兼用するようにしたので、カウント部４３を省くことができる。この際、セレクタ４４は、カウント部４３より回路規模が小さいことから、全体として表面形状認識センサ装置１０を構成するＬＳＩチップ面積を縮小でき製造コストを削減することが可能となる。
【００５６】
［第３の実施の形態］
次に、図８を参照して、本発明の第３の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置について説明する。図８は、本発明の第３の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置で用いる周波数調整部の構成例である。
第１および第２の実施の形態では、周波数調整部４２において、計数結果４Ｘが許容範囲に収まるまで、周波数調整値４２Ｓを初期値から増加または減少のいずれか一方向へ、単位変更分ずつ順次変更する場合について説明した。本実施の形態では、計数結果４Ｘとしきい値４Ｙとの差分に応じた分だけ一度にまとめて周波数調整値４２Ｓを変更する場合について説明する。
【００５７】
本実施の形態において、周波数調整部４２は、図８に示すように、差分算出部４２Ｄ、調整値算出部４２Ｅ、およびラッチ４２Ｆから構成されている。
差分算出部４２Ｄは、計数結果４Ｘとしきい値４Ｙとの計数差４Ｄを算出出力する回路部である。
調整値算出部４２Ｅは、制御部２５からの調整動作制御信号４Ｒに応じて、周波数調整値４２Ｓの初期値をラッチ４２Ｆへ出力する回路部であり、制御部２５からのカウント制御信号４Ｔに同期して、調整値算出部４２Ｅからの計数差４Ｄに応じた分だけ周波数調整値４２Ｓを調整してラッチ４２Ｆへ出力する。
ラッチ４２Ｆは、カウント制御信号４Ｔに同期して、調整値算出部４２Ｅからの周波数調整値４２Ｓを保持し、可変周波数発振部４１へ出力するラッチ回路である。
【００５８】
計数結果４Ｘとしきい値４Ｙとの計数差４Ｄを求めると、その時点における基準信号４Ｓの周波数が正規の周波数からどれだけズレているか把握できる。したがって、前述した図５のステップ１０４において、調整値算出部４２Ｅにより、その時点における周波数調整値４２Ｓと正規の周波数に対応する周波数調整値との差分調整値を、計数差４Ｄに基づいて算出し、この差分調整値に基づきその時点における周波数調整値４２Ｓを一度にまとめて変更すればよい。これにより、正規の周波数に対応する新たな周波数調整値４２Ｓが可変周波数発振部４１へ出力される。
【００５９】
なお、差分調整値については、計数差４Ｄと周波数調整値４２Ｓの差分調整値との対応関係を数式として予め求めておき、この数式に基づき計数差４Ｄに対応する差分調整値を調整値算出部４２Ｅで算出すればよい。
【００６０】
［第３の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態では、周波数調整部４２において、計数結果４Ｘが許容範囲に収っていない場合、計数結果４Ｘと許容範囲に含まれる任意のしきい値４Ｙとの計数差と、周波数調整値４２Ｓの差分調整値との対応関係に基づいて、計数結果４Ｘとしきい値４Ｙとの計数差に対応する差分調整値を導出し、当該差分調整値分だけ一度にまとめて周波数調整値４２Ｓを変更して可変周波数発振部４１へ出力している。
したがって、第１および第２の実施の形態のように、計数結果４Ｘが許容範囲に収まるまで、周波数調整値４２Ｓを初期値から増加または減少のいずれか一方向へ順次変更する場合と比較して、本実施の形態によれば、周波数調整動作に要する時間を大幅に短縮できる。
【００６１】
［第４の実施の形態］
次に、図９〜図１１を参照して、本発明の第４の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置について説明する。図９は、本発明の第４の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置の全体構成を示すブロック図である。図１０は、信号伝達回路の構成例である。図１１は、信号伝達回路の他の構成例である。
本実施の形態では、インピーダンス検出ユニット３０と第２のＡ／Ｄ変換部３１との間に信号伝達回路４５を設けた場合について説明する。なお、ここでは第２の実施の形態を例として説明するが、他の実施の形態についても同様に適用可能である。
【００６２】
表面形状認識センサ装置１０を構成するＬＳＩチップのうち、第２のＡ／Ｄ変換部３１をセンサアレイ５の周辺部に配置した場合、インピーダンス検出ユニット３０と第２のＡ／Ｄ変換部３１との距離が大きくなる。このため、両者を接続する信号配線の寄生容量が大きくなって、インピーダンス検出ユニット３０から第２のＡ／Ｄ変換部３１へ出力される検出信号３０Ｓの波形が歪み、被検体９のインピーダンスに応じたパルス幅を精度良く検出できなくなり、結果として生体認識精度が低下する原因となる。
【００６３】
本実施の形態では、インピーダンス検出ユニット３０と第２のＡ／Ｄ変換部３１との間に信号伝達回路４５を設け、検出信号３０Ｓの波形歪みを抑制している。
図１０の構成例では、信号伝達回路４５が、互いに直列接続された複数の増幅器４５Ａから構成されている。これにより、インピーダンス検出ユニット３０からの検出信号３０Ｓは、これら増幅器４５Ａで順にバッファ出力されるため、そのパルス幅がほとんど劣化せずに第２のＡ／Ｄ変換部３１へ伝達される。
【００６４】
また、図１１の構成例では、信号伝達回路４５が、インバータ４５Ｂ、差動増幅器群４５Ｄ、および信号変換回路４５Ｅから構成されている。ここでは、インピーダンス検出ユニット３０からの検出信号３０Ｓがインバータ４５Ｂにより反転され、検出信号３０Ｓとともに差動入力として差動増幅器群４５Ｄへ入力されている。差動増幅器群４５Ｄは、互いに直列接続された複数の差動増幅器４５Ｃからなり、入力された差動入力を順にバッファ出力する。信号変換回路４５Ｅは、差動増幅器群４５Ｄからの差動出力をシングルエンド出力に変換して第２のＡ／Ｄ変換部３１へ出力する。これにより、インピーダンス検出ユニット３０からの検出信号３０Ｓは、これら差動増幅器４５Ｃで順にバッファ出力されるため、そのパルス幅がほとんど劣化せずに第２のＡ／Ｄ変換部３１へ伝達される。また、図１０と比較して、より高速で動作する。
【００６５】
［第４の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態では、インピーダンス検出ユニット３０と第２のＡ／Ｄ変換部３１との間に、互いに直列接続された複数の増幅器を含む信号伝達回路４５を設けたので、検出信号３０Ｓのパルス幅は、ほとんど劣化させずに第２のＡ／Ｄ変換部３１へ伝達することができる。
したがって、表面形状認識センサ装置１０を構成するＬＳＩチップのうち、第２のＡ／Ｄ変換部３１をセンサアレイ５の周辺部に配置した場合でも、検出信号３０Ｓの波形歪みを抑制できる。このため、被検体９のインピーダンスに応じたパルス幅を精度良く検出でき、結果として生体認識精度を改善することが可能となる。
【００６６】
［実施の形態の拡張］
以上の各実施の形態では、周波数調整部４２を回路部で構成した場合を例として説明したが、前述の図５に示した基準信号４Ｓに対する周波数調整動作のうち、ステップ１０３，１０４については、ＣＰＵで処理することもできる。
通常、表面形状認識センサ装置１０を用いて被検体９の表面形状を認識する場合、画像処理などの高度な処理が必要となるため、表面形状認識センサ装置１０の外部にＣＰＵを設けて、表面形状認識センサ装置１０で得られた表面形状データ２Ｓや認識結果３Ｓに基づいて、ＣＰＵで被検体９の正当性を判定する。
【００６７】
したがって、このＣＰＵを利用して、前述の図５に示した基準信号４Ｓに対する周波数調整動作のうち、ステップ１０３，１０４について、ＣＰＵで処理することにより、周波数調整部４２の回路部を省くことができる。
【００６８】
この際、第１の実施の形態では、カウント部４３からの計数結果４ＸをＣＰＵへ出力し、ＣＰＵからの周波数調整値４２Ｓを可変周波数発振部４１へ入力すればよい。また、カウント制御信号４ＴをＣＰＵで生成して、カウント部４３へ出力してもよい。
また、第２および第３の実施の形態では、第２のＡ／Ｄ変換部３１からの判定データ３１Ｓを計数結果４ＸとしてＣＰＵへ出力し、ＣＰＵからの周波数調整値４２Ｓを可変周波数発振部４１へ入力すればよい。また、カウント制御信号４Ｔや調整動作制御信号４ＲをＣＰＵで生成して、セレクタ４４へ出力してもよい。
【００６９】
また、ＣＰＵの機能部としては、図４の比較部４２Ａに対応する比較部と、図４のラッチ４２Ｂおよびカウンタ４２Ｃに対応する調整部とを設ければよい。この際、比較部では、表面形状認識センサ装置１０からの計数結果４Ｘを、予めメモリに設定しておいたしきい値４Ｙと比較する。また、調整部では、比較部での比較結果に応じて、計数結果４Ｘが所定の許容範囲に収まるよう周波数調整値４２Ｓを変更し、計数結果４Ｘが許容範囲に収まった時点で、当該周波数調整値４２Ｓを表面形状認識センサ装置１０へ保持出力する。
【００７０】
また、第３の実施の形態については、図８の差分算出部４２Ｄに対応する差分算出部と、図８の調整値算出部４２Ｅおよびラッチ４２Ｆに対応する調整部とを設ければよい。この際、差分算出部では、表面形状認識センサ装置１０からの計数結果４Ｘと、予めメモリに設定しておいたしきい値４Ｙとの計数差４Ｄを算出する。また、調整部では、計数差４Ｄに対応する差分調整値を算出し、この差分調整値に基づきその時点における周波数調整値４２Ｓを変更して表面形状認識センサ装置１０へ保持出力する。
【００７１】
なお、差分調整値については、計数差４Ｄと周波数調整値４２Ｓの差分調整値との対応関係を数式として予め求めておき、この数式に基づき計数差４Ｄに対応する差分調整値を調整値算出部４２Ｅで算出すればよい。また、計数差４Ｄと周波数調整値４２Ｓの差分調整値との対応関係を変換テーブルとして、メモリに予め保存しておいてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置の全体構成を示すブロック図である。
【図３】可変周波数発振部の構成を示す回路図である。
【図４】周波数調整部の構成を示す回路図である。
【図５】周波数調整動作の処理順序を示すフローチャートである。
【図６】周波数調整動作の各部の動作を示すタイミングチャートである。
【図７】本発明の第２の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置の全体構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置で用いる周波数調整部の構成例である。
【図９】本発明の第４の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１０】信号伝達回路の構成例である。
【図１１】信号伝達回路の他の構成例である。
【図１２】従来の表面形状認識センサ装置の概観図である。
【図１３】従来の表面形状認識センサ装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１４】従来の表面形状認識センサ装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１５】第１のＡ／Ｄ変換部の構成を示す回路図である。
【図１６】第２のＡ／Ｄ変換部の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０…表面形状認識センサ装置、１，１Ａ，１Ｂ…検出素子、２…表面形状検出部、２０…容量検出ユニット、２０Ｌ…データ線、２０Ｓ…容量信号、２５…制御部、２５Ａ…アドレス信号、２６…列セレクタ、２６Ｓ…列セレクト信号、２６Ｌ…制御線、２７…第１のＡ／Ｄ変換部、２７Ａ，２７Ｃ…ＡＮＤ回路、２７Ｂ…カウンタ、２７Ｄ…変換動作制御信号、２７Ｔ…クロック信号、２７Ｓ…凹凸データ、２８…行セレクタ、２Ｓ…表面形状データ、３…生体認識部、３０…インピーダンス検出ユニット、３０Ｓ…検出信号、３１…第２のＡ／Ｄ変換部、３１Ａ…ＡＮＤ回路、３１Ｂ…カウンタ、３１Ｓ…判定データ、３２…生体判定部、３３…基準信号発生部、３３Ｓ…基準信号、３Ｓ…認識結果、４…基準信号生成部、４１…可変周波数発振部、４１Ａ…Ｄ／Ａ変換器、４１Ｂ…電圧制御発振器、４１Ｓ…制御電圧、４２…周波数調整部、４２Ａ…比較部、４２Ｂ…ラッチ、４２Ｃ…カウンタ、４２Ｄ…差分算出部、４２Ｅ…調整値算出部、４２Ｆ…ラッチ、４３…カウント部、４４…セレクタ、４５…信号伝達回路、４５Ａ…増幅器、４５Ｂ…インバータ、４５Ｃ…差動増幅器、４５Ｄ…差動増幅器群、４５Ｅ…信号変換回路、４Ｒ…調整動作制御信号、４Ｔ…カウント制御信号、４Ｓ…基準信号、４Ｘ…計数結果、４Ｙ…しきい値、４Ｚ…比較結果、４Ｄ…計数差、５…センサアレイ、８…センサ面、９…被検体。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体認識技術に関し、特に被検体から指紋などの生体情報を検出して個人認識を行う際に、その被検体が生体か否かを判定する表面形状認識技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検体から指紋などの生体情報を検出して個人認識を行う表面形状認識センサ装置において、その被検体が生体か否かを判定する技術が提案されている（例えば、特許文献１など参照）。
図１２は、従来の表面形状認識センサ装置の概観図である。図１３は、従来の表面形状認識センサ装置の概略構成を示すブロック図である。図１４は、従来の表面形状認識センサ装置の全体構成を示すブロック図である。
【０００３】
この表面形状認識センサ装置１０は、ＬＳＩチップにセンサアレイ５と、表面形状検出部２および生体認識部３などの各回路部とを形成し、このセンサアレイ５で被検体９の表面形状を検出し、２次元の表面形状データ２Ｓを生成して出力する装置である。
センサアレイ５には、表面形状検出用の複数の容量検出ユニット２０が対となる検出素子１Ａとともに格子状(行列マトリクス状)に配置されている。容量検出ユニット２０は、被検体９の表面形状との間に生じた容量を、対となる検出素子１Ａで検出し、表面形状の凹凸に応じた期間だけ有効な値を示す容量信号２０Ｓを出力する機能を有している。制御部２５、列セレクタ２６、第１のＡ／Ｄ変換部２７、および行セレクタ２８は、各容量検出ユニット２０とともに、表面形状検出部２を構成する回路部である。
【０００４】
表面形状検出部２は、制御部２５および列セレクタ２６から各容量検出ユニット２０を列単位で順に走査し、各容量検出ユニット２０で得られた容量信号２０Ｓを第１のＡ／Ｄ変換部２７で凹凸データ２７ＳへＡ／Ｄ変換した後、行セレクタ２８でこれら凹凸データ２７Ｓを行単位で順に選択することにより、被検体９の表面形状を示す２次元の表面形状データ２Ｓを生成して出力する。
【０００５】
表面形状認識センサ装置１０では、容量検出ユニット２０のうちのいずれか、図１４の例ではセンサアレイ５の中央に配置されている容量検出ユニット２０に代えて、生体認識用のインピーダンス検出ユニット３０が対となる検出素子１Ｂとともに配置されている。インピーダンス検出ユニット３０は、対となる検出素子１Ｂを介して被検体９と電気的に接触することにより、被検体９のインピーダンスを検出し、そのインピーダンスに応じた期間だけ有効な値を示す検出信号３０Ｓを出力する。第２のＡ／Ｄ変換部３１、生体判定部３２、および基準信号発生部３３は、インピーダンス検出ユニット３０とともに、生体認識部３を構成する回路部である。
【０００６】
生体認識部３は、基準信号発生部３３で生成された基準信号３３Ｓに基づいて、インピーダンス検出ユニット３０から出力された検出信号３０Ｓを、第２のＡ／Ｄ変換部３１でＡ／Ｄ変換し、得られた判定データ３１Ｓに基づいて生体判定部３２で被検体９が生体か否かを判定し、その判定結果を生体認識結果３Ｓとして出力する。
【０００７】
図１５は、第１のＡ／Ｄ変換部の構成を示す回路図である。この第１のＡ／Ｄ変換部２７は、データ線２０Ｌごとに設けられた、ＡＮＤ回路２７Ａおよびカウンタ２７Ｂと、ＡＮＤ回路２７Ｃとから構成されている。
ＡＮＤ回路２７Ｃは、制御部２５からの変換動作制御信号２７Ｄが有効な値を示すＡ／Ｄ変換動作期間だけ、制御部２５からのクロック信号２７Ｔを各ＡＮＤ回路２７Ａへ出力する。
【０００８】
ＡＮＤ回路２７Ａは、対応するデータ線２０Ｌの容量信号２０Ｓが有効な値を示す期間だけ、ＡＮＤ回路２７Ｃからのクロック信号２７Ｔをカウンタ２７Ｂへ入力する。カウンタ２７Ｂは、所定のリセット信号（図示せず）でカウント値をリセットした後、対応するＡＮＤ回路２７Ａを介して入力されたクロック信号２７Ｔのパルスを計数し、その計数結果を並列ビットデータからなる凹凸データ２７Ｓとして行セレクタ２８へ出力する。これにより、Ａ／Ｄ変換動作期間において、容量信号２０Ｓが並列してＡ／Ｄ変換され、凹凸データ２７Ｓとして出力される。
【０００９】
図１６は、第２のＡ／Ｄ変換部の構成を示す回路図である。この第２のＡ／Ｄ変換部３１は、ＡＮＤ回路３１Ａとカウンタ３１Ｂとから構成されている。ＡＮＤ回路３１Ａは、インピーダンス検出ユニット３０からの検出信号３０Ｓが有効な値を示す期間だけ、制御部２５からの基準信号３３Ｓをカウンタ３１Ｂへ入力する。カウンタ３１Ｂは、所定のリセット信号（図示せず）でカウント値をリセットした後、ＡＮＤ回路３１Ａを介して入力された基準信号３３Ｓのパルスを計数し、その計数結果を並列ビットデータからなるＡ／Ｄ変換値、すなわち判定データ３１Ｓとして生体判定部３２へ出力する。
【００１０】
【特許文献１】国際公開番号：ＷＯ２００５／０１９７６７Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、このような従来技術では、基準信号３３Ｓを基準信号発生部３３として、表面形状認識センサ装置１０を構成するＬＳＩチップに搭載したリングオシレータを用いているため、トランジスタの製造バラツキに起因するチップごとの基準信号３３Ｓの周波数バラツキが発生し、インピーダンス検出ユニット３０からの検出信号３０Ｓに基づくインピーダンス検出精度が低下し、生体判定精度の低下に繋がるという問題点があった。
【００１２】
また、基準信号発生部３３としてＰＬＬを用いた場合には、基準信号３３Ｓの周波数バラツキを抑えることができるものの、ＰＬＬ自体の回路規模が大きいため表面形状認識センサ装置１０を構成するＬＳＩチップも大きくなり、製造コストが増大するという問題点があった。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、小さな回路規模で高い生体判定精度が得られる表面形状認識センサ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このような目的を達成するために、本発明にかかる表面形状認識センサ装置は、格子状に配置された第１の検出素子ごとに設けられ、被検体との間に生じた容量を当該第１の検出素子で検出し、その容量に応じた容量信号をそれぞれ出力する複数の容量検出ユニットと、容量検出ユニットのうち列方向に並ぶ容量検出ユニットを結ぶ複数の制御線と、容量検出ユニットのうち行方向に並ぶ容量検出ユニットを結ぶ複数のデータ線と、制御線のいずれか１つを順次選択することにより当該制御線に接続された容量検出ユニット列を選択する列セレクタと、列セレクタにより選択された選択列の容量検出ユニットから当該データ線に出力された容量信号を、当該選択列における被検体表面形状を示す凹凸データにＡ／Ｄ変換してそれぞれ出力するＡ／Ｄ変換部と、列セレクタにより容量検出ユニット列が選択されるごとに、Ａ／Ｄ変換部から出力された凹凸データを列方向に１つずつ順次選択することにより、被検体の表面形状を示す表面形状データとして出力する行セレクタと、容量検出ユニットのいずれかに代えて第２の検出素子とともに配置され、当該第２の検出素子を介して被検体と電気的に接触することにより被検体のインピーダンスを検出し、そのインピーダンスに応じたパルス幅を有する検出信号を出力するインピーダンス検出ユニットと、入力された周波数調整値に応じた一定周波数の基準信号を生成する可変周波数発振部を含む基準信号生成部と、基準信号のパルス数をカウンタにより検出信号のパルス幅に相当する期間にわたり計数し、得られた第１の計数結果を検出信号のＡ／Ｄ変換値として出力する第２のＡ／Ｄ変換部と、第２のＡ／Ｄ変換部で得られたＡ／Ｄ変換値に基づき被検体が生体であるか否かを判定する生体判定部とを備え、基準信号生成部は、第２のＡ／Ｄ変換部で検出信号をＡ／Ｄ変換する以前の周波数調整動作時に、可変周波数発振部で生成された基準信号のパルス数を一定の計測期間にわたり計数し、得られた第２の計数結果が所定の許容範囲に収まるよう周波数調整値を変更し、第２の計数結果が許容範囲に収まった時点で、当該周波数調整値を可変周波数発振部へ保持出力する周波数調整部を含む。
【００１４】
この際、基準信号生成部に、可変周波数発振部で生成された基準信号のパルス数を計測期間ごとに計数し、得られた第２の計数結果を周波数調整部へ出力するカウント部を設けてもよい。
【００１５】
また、カウント部で、入力されたカウント制御信号のパルス幅で規定された計測期間長ごとに基準信号のパルス数を計数し、周波数調整部で、第２の計数結果が許容範囲に収まるまで、カウント制御信号のパルス数を順次計数した第３の計数結果を周波数調整値として出力し、第３の計数結果が許容範囲に収まった時点で、当該第３の計数結果を周波数調整値として可変周波数発振部へ保持出力するようにしてもよい。
【００１６】
また、基準信号生成部に、周波数調整動作時、検出信号に代えて計測期間長のパルス幅を有するカウント制御信号を第２のＡ／Ｄ変換部へ入力するセレクタを設け、周波数調整部で、第２のＡ／Ｄ変換部で得られたＡ／Ｄ変換値を、計測期間にわたり基準信号のパルス数を計数して得られた第２の計数結果として用いるようにしてもよい。
【００１７】
また、周波数調整部で、第２の計数結果が許容範囲に収まるまで、カウント制御信号のパルス数を順次計数した第３の計数結果を周波数調整値として出力し、第３の計数結果が許容範囲に収まった時点で、当該第３の計数結果を周波数調整値として可変周波数発振部へ保持出力するようにしてもよい。
【００１８】
また、周波数調整部で、第２の計数結果が許容範囲に収まるまで、周波数調整値を初期値から増加または減少のいずれか一方向へ順次変更するようにしてもよい。
【００１９】
また、周波数調整部で、第２の計数結果が許容範囲に収っていない場合、第２の計数結果と許容範囲に含まれる任意のしきい値との計数差と、周波数調整値の差分調整値との対応関係に基づいて、第２の計数結果としきい値との計数差に対応する差分調整値を算出し、当該差分調整値分だけ周波数調整値を一度にまとめて変更して可変周波数発振部へ出力するようにしてもよい。
【００２０】
また、インピーダンス検出ユニットと第２のＡ／Ｄ変換部との間に設けられた、互いに直列接続された複数の増幅器を含む信号伝達回路をさらに設けてもよい。
【００２１】
この際、信号伝達回路を、インピーダンス検出ユニットからの検出信号を反転出力するインバータと、互いに直列接続された複数の差動増幅器からなり、検出信号とインバータからの反転検出信号とを入力とする差動増幅器群と、差動増幅器群からの差動出力をシングルエンド出力に変換して出力する信号変換回路とから構成してもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ＰＬＬなどの規模が大きい回路を用いることなく、比較的規模の小さい回路で、第２のＡ／Ｄ変換部でのＡ／Ｄ変換に用いる基準信号の周波数を正確に調整することができる。このため、ＬＳＩチップの製造バラツキに大きな影響を受けることなく、インピーダンス検出ユニットからの検出信号を用いた被検体のインピーダンスを、精度良く検出することができ、高い生体判定精度が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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表面形状認識センサ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表面形状認識センサ装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、本発明の第１の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置の全体構成を示すブロック図である。
【００２４】
この表面形状認識センサ装置１０は、指の指紋などの微細な凹凸を有する被検体の照合対象表面の形状と照合データと比較照合することにより被検体の認証を行う表面形状認識センサ装置において、被検体の表面形状を検出する回路装置として用いられる。
表面形状認識センサ装置１０の概観は、前述した従来の表面形状認識センサ装置で示した図１２と同等である。なお、以下では、前述した図１２〜１６と同じまたは同等部分について、同一符号を用いて説明する。
【００２５】
表面形状認識センサ装置１０には、前述した図１２に示すように、ＬＳＩチップの上に２次元（アレイ状や格子状）に配置された多数の微細な検出素子１（１Ａ，１Ｂ）を有するセンサアレイ５が設けられている。
この表面形状認識センサ装置１０のセンサ面８に指など被検体９を接触させることにより、その被検体９の表面、ここでは指紋の凹凸形状がそれぞれの検出素子１を介して個別に検出され、被検体９の表面形状を示す表面形状データが出力される。
【００２６】
図２に示すように、センサアレイ５には、表面形状検出用の複数の容量検出ユニット２０が対となる検出素子（第１の検出素子）１Ａとともに２次元（アレイ状や格子状）に配置されている。また、容量検出ユニット２０のうちのいずれか、図２の例では格子状に配置されたセンサアレイ５の中央に配置されているｍ行×ｎ列分の容量検出ユニット２０に代えて、生体認識用のインピーダンス検出ユニット３０が対となる検出素子（第２の検出素子）１Ｂとともに配置されている。
【００２７】
この表面形状認識センサ装置１０には、図１に示すように、機能ブロックとして、表面形状検出部２、生体認識部３、および基準信号生成部４が設けられており、センサアレイ５とともに同一ＬＳＩチップの周辺空き領域に形成されている。
表面形状検出部２は、各容量検出ユニット２０で検出した被検体９の表面形状を示す容量信号２０Ｓに基づいて、２次元の表面形状データ２Ｓを生成して出力する機能を有している。
【００２８】
生体認識部３は、インピーダンス検出ユニット３０で検出した被検体９のインピーダンスを示す検出信号３０ＳをＡ／Ｄ変換し、得られたＡ／Ｄ変換値に基づいて、被検体９が生体か否かを認識し、その認識結果３Ｓを出力する機能を有している。
基準信号生成部４は、生体認識部３でのＡ／Ｄ変換に用いる一定周波数の基準信号を生成する機能を有している。
【００２９】
［表面形状検出部］
表面形状検出部２には、主な回路として、容量検出ユニット２０のほか、制御部２５、列セレクタ２６、第１のＡ／Ｄ変換部２７、および行セレクタ２８が設けられている。
各容量検出ユニット２０のうち、列方向（上下方向）に並ぶ各容量検出ユニット２０は、当該列に対応する制御線２６Ｌを介して列セレクタ２６にそれぞれ接続されている。また、行方向（左右方向）に並ぶ各容量検出ユニット２０は、当該行に対応するデータ線２０Ｌを介して第１のＡ／Ｄ変換部２７にそれぞれ接続されている。
【００３０】
センサ面８に載置された指など被検体９の表面形状を検出する際、表面形状検出部２は、列セレクタ２６で、制御部２５からのアドレス信号２５Ａおよび容量検出制御信号２５Ｂに基づき、制御線２６Ｌのいずれか１つを順に選択することにより、各容量検出ユニット２０を列単位で、例えば図２のセンサアレイ５において左から右へ、順に走査する。各容量検出ユニット２０は、上記選択に応じて対応する制御線２６Ｌに列セレクト信号２６Ｓが出力された場合、検出素子１Ａと被検体９との間の容量を検出し、その容量に応じたパルス幅を有する容量信号２０Ｓをそれぞれのデータ線２０Ｌへ出力する。
【００３１】
第１のＡ／Ｄ変換部２７は、制御部２５からのクロック信号２７Ｔおよび変換動作制御信号２７Ｄに基づいて、データ線２０Ｌを介して入力された容量信号２０Ｓを、被検体９の表面形状を示す凹凸データ２７ＳにＡ／Ｄ変換して出力する。
行セレクタ２８は、これら凹凸データ２７Ｓを行単位で順に選択することにより、被検体９の表面形状を示す２次元の表面形状データ２Ｓを生成して出力する。
【００３２】
［生体認識部］
生体認識部３には、主な回路として、インピーダンス検出ユニット３０のほか、第２のＡ／Ｄ変換部３１および生体判定部３２が設けられている。
インピーダンス検出ユニット３０は、当該列に対応する制御線２６Ｌを介して制御部２５に接続されているとともに、当該行に対応するデータ線２０Ｌを介して第２のＡ／Ｄ変換部３１に接続されている。インピーダンス検出ユニット３０は、上記制御線２６Ｌに列セレクト信号２６Ｓが出力された場合、検出素子１Ａと検出素子１Ｂとの間に電気的に接続された被検体９のインピーダンスを検出し、そのインピーダンスに応じたパルス幅を有する検出信号３０Ｓを上記データ線２０Ｌへ出力する。
【００３３】
第２のＡ／Ｄ変換部３１は、基準信号生成部４で生成された一定周波数の基準信号４Ｓのパルス数を、インピーダンス検出ユニット３０から出力された検出信号３０Ｓのパルス幅にわたり計数し、並列ビットデータからなるその計数結果（第１の計数結果）を検出信号３０ＳのＡ／Ｄ変換値、すなわち判定データ３１Ｓとして生体判定部３２へ出力する。
生体判定部３２は、第２のＡ／Ｄ変換部３１からの判定データ３１Ｓに基づいて、被検体９が生体か否かを示す認識結果３Ｓを出力する。
【００３４】
［基準信号生成部］
基準信号生成部４には、主な回路として、可変周波数発振部４１、周波数調整部４２、およびカウント部４３が設けられている。
カウント部４３は、制御部２５からのカウント制御信号４Ｔのパルス幅で規定される一定の計測期間にわたり、基準信号４Ｓのパルス数を計数し、並列ビットデータからなる計数結果（第２の計数結果）４Ｘとして周波数調整部４２へ出力する。
【００３５】
可変周波数発振部４１は、入力された周波数調整値４２Ｓに応じた一定周波数の基準信号４Ｓを生成する。図３は、可変周波数発振部の構成を示す回路図である。この可変周波数発振部４１は、Ｄ／Ａ変換器４１Ａと電圧制御発振器４１Ｂから構成されている。Ｄ／Ａ変換器４１Ａは、周波数調整部４２からの周波数調整値４２Ｓの並列ビットデータをＤ／Ａ変換し、その値に応じた制御電圧４１Ｓを出力する。電圧制御発振器４１Ｂは、Ｄ／Ａ変換器４１Ａからの制御電圧４１Ｓに応じた周波数でクロックを発生させ、基準信号４Ｓとして第２のＡ／Ｄ変換部３１へ出力する。
【００３６】
周波数調整部４２は、例えば表面形状認識センサ装置１０の起動時など、第２のＡ／Ｄ変換部３１でのＡ／Ｄ変換動作が実行される以前に、制御部２５からの調整動作制御信号４Ｒに基づいて、基準信号４Ｓの周波数を調整するための周波数調整動作を実行し、カウント部４３からの計数結果４Ｘが所定の許容範囲に収まるよう周波数調整値４２Ｓを変更することにより、基準信号４Ｓの周波数を調整する。
【００３７】
図４は、周波数調整部の構成を示す回路図である。この周波数調整部４２は、比較部４２Ａ、ラッチ４２Ｂ、およびカウンタ４２Ｃから構成されている。
比較部４２Ａは、基準信号４Ｓの許容範囲を示すしきい値４Ｙ（並列ビットデータ）とカウント部４３の計数結果４Ｘとを比較し、計数結果４Ｘがしきい値４Ｙに到達して許容範囲に収まった時点で比較結果４Ｚの論理値を反転出力する比較回路である。
【００３８】
ラッチ４２Ｂは、制御部２５からの調整動作制御信号４Ｒに応じて、制御部２５からのカウント制御信号４Ｔをカウンタ４２Ｃへクロックとして出力するラッチ回路であり、比較結果４Ｚの論理値反転により、カウント制御信号４Ｔの出力を停止する。カウンタ４２Ｃは、ラッチ４２Ｂを介して入力されたカウント制御信号４Ｔのパルスを計数し、その計数結果（第３の計数結果）を並列ビットデータからなる周波数調整値４２Ｓとして可変周波数発振部４１へ出力する。これにより、カウント制御信号４Ｔが示す計測期間ごとに異なる周波数を示す周波数調整値４２Ｓが周波数調整部４２から出力される。
【００３９】
カウント部４３は、カウント制御信号４Ｔの計測期間ごとに、電圧制御発振器４１Ｂからの基準信号４Ｓのパルスを計数し、その計数結果４Ｘを周波数調整部４２へ出力する。
この際、しきい値４Ｙの値は、第２のＡ／Ｄ変換部３１で用いる基準信号４Ｓの正規の周波数の場合に、カウント制御信号４Ｔの計測期間長で計数される基準信号４Ｓのパルス数と等しい値に設定されている。実際には、第２のＡ／Ｄ変換部３１でのＡ／Ｄ変換精度に応じて、基準信号４Ｓの周波数に許容誤差が存在する。このため、しきい値４Ｙとしては、この許容誤差に対応する周波数調整値４２Ｓの許容範囲に含まれる任意の値が用いられる。
【００４０】
［第１の実施の形態の動作］
次に、図５および図６を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置における周波数調整動作について説明する。図５は、周波数調整動作の処理順序を示すフローチャートである。図６は、周波数調整動作の各部の動作を示すタイミングチャートである。ここでは、可変周波数発振部４１からの基準信号４Ｓを、正規の周波数より高い周波数を示す初期値から順次下げる方向で正規の周波数へ調整する場合を例として説明する。
【００４１】
表面形状認識センサ装置１０の制御部２５は、例えば電源投入後の初期化動作時に、調整動作制御信号４Ｒを出力することにより、図５の周波数調整動作を実行する。
まず、周波数調整部４２は、制御部２５からの調整動作制御信号４Ｒに応じてカウンタ４２Ｃの計数値をリセットするとともに、制御部２５からの調整動作制御信号４Ｒに応じてラッチ４２Ｂを制御して、制御部２５からのカウント制御信号４Ｔをカウンタ４２Ｃへ出力する。これにより、カウンタ４２Ｃでは、カウント制御信号４Ｔの立ち上がりエッジでそのパルス数を１つ計数し、その計数結果である周波数調整値４２Ｓを初期化する（ステップ１００）。この際、周波数調整値４２Ｓとして、基準信号４Ｓの正規の周波数より高い周波数を示す初期値が出力される。
【００４２】
可変周波数発振部４１は、周波数調整部４２からの周波数調整値４２Ｓに応じた周波数の基準信号４Ｓを生成して出力し（ステップ１０１）、カウント部４３は、カウント制御信号４Ｔの立ち上がりエッジに同期して、電圧制御発振器４１Ｂからの基準信号４Ｓのパルスの計数を開始し、カウント制御信号４Ｔの立ち下がりエッジにより計測期間が終了するまで、基準信号４Ｓのパルスが計数される（ステップ１０２）。
この後、カウント制御信号４Ｔの立ち下がりエッジにより計測期間が終了し、カウント部４３は、その計数結果４Ｘを周波数調整部４２へ出力する。
【００４３】
周波数調整部４２は、カウント制御信号４Ｔの立ち下がりエッジに応じて、カウント部４３からの計数結果４Ｘとしきい値４Ｙとを比較部４２Ａで比較する（ステップ１０３）。
ここで、計数結果４Ｘがしきい値４Ｙに達していない場合には（ステップ１０３：ＮＯ）、比較部４２Ａの比較結果４Ｚが反転しないため、ラッチ４２Ｂを介したカウンタ４２Ｃに対するカウント制御信号４Ｔの入力が継続される。このため、カウント制御信号４Ｔの次の立ち上がりエッジで、そのパルス数が１つ計数され、その計数結果である周波数調整値４２Ｓが「１」だけ変更され（ステップ１０４）、ステップ１０１へ戻る。これにより、周波数調整値４２Ｓとして、前回の周波数より、値として「１」に相当する単位変更分だけ低い周波数を示す値が出力される。
【００４４】
一方、計数結果４Ｘがしきい値４Ｙに達した場合には（ステップ１０３：ＹＥＳ）、比較結果４Ｚが反転する。この際、しきい値４Ｙの値は、第２のＡ／Ｄ変換部３１で用いる基準信号４Ｓの正規の周波数の場合に、カウント制御信号４Ｔの計測期間長で計数される基準信号４Ｓのパルス数と等しい値に設定されている。したがって、計数結果４Ｘがしきい値４Ｙに達した時点で、基準信号４Ｓの正規の周波数となっている。
【００４５】
ラッチ４２Ｂは、比較結果４Ｚの反転に応じて、カウンタ４２Ｃに対するカウント制御信号４Ｔの入力を停止する。これにより、カウンタ４２Ｃの計数値が保持され、周波数調整値４２Ｓとして、現在の周波数すなわち正規の周波数を示す値が保持出力される（ステップ１０５）。
この後、制御部２５は、調整動作制御信号４Ｒの出力開始から所定期間後、あるいは比較結果４Ｚの反転に応じて、調整動作制御信号４Ｒの出力を停止し、一連の周波数調整動作が終了する。
【００４６】
［第１の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態では、基準信号生成部４に、入力された周波数調整値４２Ｓに応じた一定周波数の基準信号４Ｓを生成する可変周波数発振部４１を設け、例えば表面形状認識センサ装置１０の起動時など、第２のＡ／Ｄ変換部３１でのＡ／Ｄ変換動作が実行される以前に、制御部２５からの調整動作制御信号４Ｒに基づいて、基準信号４Ｓの周波数を調整するための周波数調整動作を実行し、カウント部４３からの計数結果４Ｘが所定の許容範囲に収まるよう周波数調整値４２Ｓを変更することにより、基準信号４Ｓの周波数を調整している。
【００４７】
したがって、ＰＬＬなどの規模が大きい回路を用いることなく、図３や図４に示したような比較的規模の小さい回路で、第２のＡ／Ｄ変換部３１でのＡ／Ｄ変換に用いる基準信号４Ｓの周波数を正確に調整することができる。このため、ＬＳＩチップの製造バラツキに大きな影響を受けることなく、インピーダンス検出ユニット３０からの検出信号３０Ｓを用いた、被検体９のインピーダンスを精度良く検出することができ、高い生体判定精度が得られる。
【００４８】
また、本実施の形態では、カウント部４３で、入力されたカウント制御信号４Ｔのパルス幅で規定された計測期間長ごとに基準信号４Ｓのパルス数を計数し、周波数調整部４２で、計数結果４Ｘが許容範囲に収まるまで、カウント制御信号４Ｔのパルス数を順次計数した計数結果を周波数調整値４２Ｓとして出力し、この計数結果が許容範囲に収まった時点で、当該計数結果を周波数調整値４２として可変周波数発振部４１へ保持出力するようにしたので、１つのカウント制御信号４Ｔで、計測期間を規定するとともに、周波数調整値４２Ｓを順次変更することができる。
【００４９】
このため、周波数調整動作に用いる制御信号として、タイミングの異なる複数の制御信号を生成する必要がなくなり、回路の複雑化を抑制することができる。したがって、結果として、表面形状認識センサ装置１０を構成するＬＳＩチップ面積を縮小でき製造コストを削減することが可能となる。
【００５０】
また、本実施の形態では、周波数調整値４２Ｓを「１」ずつ加算して、基準信号４Ｓの周波数を、正規の周波数より大きい周波数を示す初期値から正規の周波数へ順次下げていく方向で基準信号４Ｓの周波数を調整する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い。例えば、周波数調整値４２Ｓを「１」ずつ加算して、基準信号４Ｓの周波数を、正規の周波数より小さい周波数を示す初期値から正規の周波数へ順次上げていく方向で基準信号４Ｓの周波数を調整してもよい。また、カウンタ４２Ｃとして加算カウンタを用いたが、減算カウンタを用いて、入力されたカウント制御信号４Ｔのパルスに応じて周波数調整値４２Ｓを「１」ずつ減算してもよい。
【００５１】
［第２の実施の形態］
次に、図７を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置について説明する。図７は、本発明の第２の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置の全体構成を示すブロック図である。
第１の実施の形態では、周波数調整動作時に、基準信号４Ｓのパルス数をカウント部４３で計数する場合について説明した。本実施の形態では、カウント部４３の代わりに、周波数調整動作時だけ第２のＡ／Ｄ変換部３１のカウンタ３１Ｂを用いて基準信号４Ｓのパルス数を計数する場合について説明する。
【００５２】
本実施の形態では、第２のＡ／Ｄ変換器３１を周波数調整動作時に兼用するため、第２のＡ／Ｄ変換部３１の入力段にセレクタ４４を設け、周波数調整動作時には、制御部２５からのカウント制御信号４Ｔを第２のＡ／Ｄ変換部３１へ入力し、周波数調整動作後の生体認識動作時には、インピーダンス検出ユニット３０からの検出信号３０Ｓを第２のＡ／Ｄ変換部３１へ入力している。この際、セレクタ４４の切替信号として制御部２５からの調整動作制御信号４Ｒを用いている。
【００５３】
前述の図１６に示したように第２のＡ／Ｄ変換部３１には、検出信号３０Ｓのパルス幅で規定される期間にわたり、基準信号３３Ｓすなわち基準信号４Ｓのパルス数を計数するカウンタ３１Ｂが設けられている。したがって、検出信号３０Ｓに代えて、制御部２５からのカウント制御信号４Ｔを入力することにより、カウント制御信号４Ｔのパルス幅で規定される計測期間にわたり、基準信号４Ｓのパルス数がカウンタ３１Ｂで計数され、判定データ３１Ｓとして出力される。
【００５４】
周波数調整部４２は、第２のＡ／Ｄ変換部３１からの判定データ３１Ｓを、計数結果４Ｘとして入力し、この計数結果４Ｘが所定の許容範囲に収まるよう周波数調整値４２Ｓを変更することにより、基準信号４Ｓの周波数を調整する。この際、計数結果４Ｘの取り込みについては、例えば前述のカウント部４３と同様に、カウント制御信号４Ｔの立ち下がりタイミングに基づき周波数調整部４２で取り込めばよい。
なお、本実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置１０における他の構成および動作については、第１の実施の形態と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
【００５５】
［第２の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態では、周波数調整動作時、検出信号３０Ｓに代えて計測期間長のパルス幅を有するカウント制御信号４Ｔを第２のＡ／Ｄ変換部３１へ入力するセレクタ４４を設け、周波数調整動作時に基準信号４Ｓのパルス数を計数するカウンタとして、第２のＡ／Ｄ変換部３１内のカウンタ３１Ｂを兼用するようにしたので、カウント部４３を省くことができる。この際、セレクタ４４は、カウント部４３より回路規模が小さいことから、全体として表面形状認識センサ装置１０を構成するＬＳＩチップ面積を縮小でき製造コストを削減することが可能となる。
【００５６】
［第３の実施の形態］
次に、図８を参照して、本発明の第３の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置について説明する。図８は、本発明の第３の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置で用いる周波数調整部の構成例である。
第１および第２の実施の形態では、周波数調整部４２において、計数結果４Ｘが許容範囲に収まるまで、周波数調整値４２Ｓを初期値から増加または減少のいずれか一方向へ、単位変更分ずつ順次変更する場合について説明した。本実施の形態では、計数結果４Ｘとしきい値４Ｙとの差分に応じた分だけ一度にまとめて周波数調整値４２Ｓを変更する場合について説明する。
【００５７】
本実施の形態において、周波数調整部４２は、図８に示すように、差分算出部４２Ｄ、調整値算出部４２Ｅ、およびラッチ４２Ｆから構成されている。
差分算出部４２Ｄは、計数結果４Ｘとしきい値４Ｙとの計数差４Ｄを算出出力する回路部である。
調整値算出部４２Ｅは、制御部２５からの調整動作制御信号４Ｒに応じて、周波数調整値４２Ｓの初期値をラッチ４２Ｆへ出力する回路部であり、制御部２５からのカウント制御信号４Ｔに同期して、調整値算出部４２Ｅからの計数差４Ｄに応じた分だけ周波数調整値４２Ｓを調整してラッチ４２Ｆへ出力する。
ラッチ４２Ｆは、カウント制御信号４Ｔに同期して、調整値算出部４２Ｅからの周波数調整値４２Ｓを保持し、可変周波数発振部４１へ出力するラッチ回路である。
【００５８】
計数結果４Ｘとしきい値４Ｙとの計数差４Ｄを求めると、その時点における基準信号４Ｓの周波数が正規の周波数からどれだけズレているか把握できる。したがって、前述した図５のステップ１０４において、調整値算出部４２Ｅにより、その時点における周波数調整値４２Ｓと正規の周波数に対応する周波数調整値との差分調整値を、計数差４Ｄに基づいて算出し、この差分調整値に基づきその時点における周波数調整値４２Ｓを一度にまとめて変更すればよい。これにより、正規の周波数に対応する新たな周波数調整値４２Ｓが可変周波数発振部４１へ出力される。
【００５９】
なお、差分調整値については、計数差４Ｄと周波数調整値４２Ｓの差分調整値との対応関係を数式として予め求めておき、この数式に基づき計数差４Ｄに対応する差分調整値を調整値算出部４２Ｅで算出すればよい。
【００６０】
［第３の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態では、周波数調整部４２において、計数結果４Ｘが許容範囲に収っていない場合、計数結果４Ｘと許容範囲に含まれる任意のしきい値４Ｙとの計数差と、周波数調整値４２Ｓの差分調整値との対応関係に基づいて、計数結果４Ｘとしきい値４Ｙとの計数差に対応する差分調整値を導出し、当該差分調整値分だけ一度にまとめて周波数調整値４２Ｓを変更して可変周波数発振部４１へ出力している。
したがって、第１および第２の実施の形態のように、計数結果４Ｘが許容範囲に収まるまで、周波数調整値４２Ｓを初期値から増加または減少のいずれか一方向へ順次変更する場合と比較して、本実施の形態によれば、周波数調整動作に要する時間を大幅に短縮できる。
【００６１】
［第４の実施の形態］
次に、図９〜図１１を参照して、本発明の第４の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置について説明する。図９は、本発明の第４の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置の全体構成を示すブロック図である。図１０は、信号伝達回路の構成例である。図１１は、信号伝達回路の他の構成例である。
本実施の形態では、インピーダンス検出ユニット３０と第２のＡ／Ｄ変換部３１との間に信号伝達回路４５を設けた場合について説明する。なお、ここでは第２の実施の形態を例として説明するが、他の実施の形態についても同様に適用可能である。
【００６２】
表面形状認識センサ装置１０を構成するＬＳＩチップのうち、第２のＡ／Ｄ変換部３１をセンサアレイ５の周辺部に配置した場合、インピーダンス検出ユニット３０と第２のＡ／Ｄ変換部３１との距離が大きくなる。このため、両者を接続する信号配線の寄生容量が大きくなって、インピーダンス検出ユニット３０から第２のＡ／Ｄ変換部３１へ出力される検出信号３０Ｓの波形が歪み、被検体９のインピーダンスに応じたパルス幅を精度良く検出できなくなり、結果として生体認識精度が低下する原因となる。
【００６３】
本実施の形態では、インピーダンス検出ユニット３０と第２のＡ／Ｄ変換部３１との間に信号伝達回路４５を設け、検出信号３０Ｓの波形歪みを抑制している。
図１０の構成例では、信号伝達回路４５が、互いに直列接続された複数の増幅器４５Ａから構成されている。これにより、インピーダンス検出ユニット３０からの検出信号３０Ｓは、これら増幅器４５Ａで順にバッファ出力されるため、そのパルス幅がほとんど劣化せずに第２のＡ／Ｄ変換部３１へ伝達される。
【００６４】
また、図１１の構成例では、信号伝達回路４５が、インバータ４５Ｂ、差動増幅器群４５Ｄ、および信号変換回路４５Ｅから構成されている。ここでは、インピーダンス検出ユニット３０からの検出信号３０Ｓがインバータ４５Ｂにより反転され、検出信号３０Ｓとともに差動入力として差動増幅器群４５Ｄへ入力されている。差動増幅器群４５Ｄは、互いに直列接続された複数の差動増幅器４５Ｃからなり、入力された差動入力を順にバッファ出力する。信号変換回路４５Ｅは、差動増幅器群４５Ｄからの差動出力をシングルエンド出力に変換して第２のＡ／Ｄ変換部３１へ出力する。これにより、インピーダンス検出ユニット３０からの検出信号３０Ｓは、これら差動増幅器４５Ｃで順にバッファ出力されるため、そのパルス幅がほとんど劣化せずに第２のＡ／Ｄ変換部３１へ伝達される。また、図１０と比較して、より高速で動作する。
【００６５】
［第４の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態では、インピーダンス検出ユニット３０と第２のＡ／Ｄ変換部３１との間に、互いに直列接続された複数の増幅器を含む信号伝達回路４５を設けたので、検出信号３０Ｓのパルス幅は、ほとんど劣化させずに第２のＡ／Ｄ変換部３１へ伝達することができる。
したがって、表面形状認識センサ装置１０を構成するＬＳＩチップのうち、第２のＡ／Ｄ変換部３１をセンサアレイ５の周辺部に配置した場合でも、検出信号３０Ｓの波形歪みを抑制できる。このため、被検体９のインピーダンスに応じたパルス幅を精度良く検出でき、結果として生体認識精度を改善することが可能となる。
【００６６】
［実施の形態の拡張］
以上の各実施の形態では、周波数調整部４２を回路部で構成した場合を例として説明したが、前述の図５に示した基準信号４Ｓに対する周波数調整動作のうち、ステップ１０３，１０４については、ＣＰＵで処理することもできる。
通常、表面形状認識センサ装置１０を用いて被検体９の表面形状を認識する場合、画像処理などの高度な処理が必要となるため、表面形状認識センサ装置１０の外部にＣＰＵを設けて、表面形状認識センサ装置１０で得られた表面形状データ２Ｓや認識結果３Ｓに基づいて、ＣＰＵで被検体９の正当性を判定する。
【００６７】
したがって、このＣＰＵを利用して、前述の図５に示した基準信号４Ｓに対する周波数調整動作のうち、ステップ１０３，１０４について、ＣＰＵで処理することにより、周波数調整部４２の回路部を省くことができる。
【００６８】
この際、第１の実施の形態では、カウント部４３からの計数結果４ＸをＣＰＵへ出力し、ＣＰＵからの周波数調整値４２Ｓを可変周波数発振部４１へ入力すればよい。また、カウント制御信号４ＴをＣＰＵで生成して、カウント部４３へ出力してもよい。
また、第２および第３の実施の形態では、第２のＡ／Ｄ変換部３１からの判定データ３１Ｓを計数結果４ＸとしてＣＰＵへ出力し、ＣＰＵからの周波数調整値４２Ｓを可変周波数発振部４１へ入力すればよい。また、カウント制御信号４Ｔや調整動作制御信号４ＲをＣＰＵで生成して、セレクタ４４へ出力してもよい。
【００６９】
また、ＣＰＵの機能部としては、図４の比較部４２Ａに対応する比較部と、図４のラッチ４２Ｂおよびカウンタ４２Ｃに対応する調整部とを設ければよい。この際、比較部では、表面形状認識センサ装置１０からの計数結果４Ｘを、予めメモリに設定しておいたしきい値４Ｙと比較する。また、調整部では、比較部での比較結果に応じて、計数結果４Ｘが所定の許容範囲に収まるよう周波数調整値４２Ｓを変更し、計数結果４Ｘが許容範囲に収まった時点で、当該周波数調整値４２Ｓを表面形状認識センサ装置１０へ保持出力する。
【００７０】
また、第３の実施の形態については、図８の差分算出部４２Ｄに対応する差分算出部と、図８の調整値算出部４２Ｅおよびラッチ４２Ｆに対応する調整部とを設ければよい。この際、差分算出部では、表面形状認識センサ装置１０からの計数結果４Ｘと、予めメモリに設定しておいたしきい値４Ｙとの計数差４Ｄを算出する。また、調整部では、計数差４Ｄに対応する差分調整値を算出し、この差分調整値に基づきその時点における周波数調整値４２Ｓを変更して表面形状認識センサ装置１０へ保持出力する。
【００７１】
なお、差分調整値については、計数差４Ｄと周波数調整値４２Ｓの差分調整値との対応関係を数式として予め求めておき、この数式に基づき計数差４Ｄに対応する差分調整値を調整値算出部４２Ｅで算出すればよい。また、計数差４Ｄと周波数調整値４２Ｓの差分調整値との対応関係を変換テーブルとして、メモリに予め保存しておいてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置の全体構成を示すブロック図である。
【図３】可変周波数発振部の構成を示す回路図である。
【図４】周波数調整部の構成を示す回路図である。
【図５】周波数調整動作の処理順序を示すフローチャートである。
【図６】周波数調整動作の各部の動作を示すタイミングチャートである。
【図７】本発明の第２の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置の全体構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置で用いる周波数調整部の構成例である。
【図９】本発明の第４の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１０】信号伝達回路の構成例である。
【図１１】信号伝達回路の他の構成例である。
【図１２】従来の表面形状認識センサ装置の概観図である。
【図１３】従来の表面形状認識センサ装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１４】従来の表面形状認識センサ装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１５】第１のＡ／Ｄ変換部の構成を示す回路図である。
【図１６】第２のＡ／Ｄ変換部の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０…表面形状認識センサ装置、１，１Ａ，１Ｂ…検出素子、２…表面形状検出部、２０…容量検出ユニット、２０Ｌ…データ線、２０Ｓ…容量信号、２５…制御部、２５Ａ…アドレス信号、２６…列セレクタ、２６Ｓ…列セレクト信号、２６Ｌ…制御線、２７…第１のＡ／Ｄ変換部、２７Ａ，２７Ｃ…ＡＮＤ回路、２７Ｂ…カウンタ、２７Ｄ…変換動作制御信号、２７Ｔ…クロック信号、２７Ｓ…凹凸データ、２８…行セレクタ、２Ｓ…表面形状データ、３…生体認識部、３０…インピーダンス検出ユニット、３０Ｓ…検出信号、３１…第２のＡ／Ｄ変換部、３１Ａ…ＡＮＤ回路、３１Ｂ…カウンタ、３１Ｓ…判定データ、３２…生体判定部、３３…基準信号発生部、３３Ｓ…基準信号、３Ｓ…認識結果、４…基準信号生成部、４１…可変周波数発振部、４１Ａ…Ｄ／Ａ変換器、４１Ｂ…電圧制御発振器、４１Ｓ…制御電圧、４２…周波数調整部、４２Ａ…比較部、４２Ｂ…ラッチ、４２Ｃ…カウンタ、４２Ｄ…差分算出部、４２Ｅ…調整値算出部、４２Ｆ…ラッチ、４３…カウント部、４４…セレクタ、４５…信号伝達回路、４５Ａ…増幅器、４５Ｂ…インバータ、４５Ｃ…差動増幅器、４５Ｄ…差動増幅器群、４５Ｅ…信号変換回路、４Ｒ…調整動作制御信号、４Ｔ…カウント制御信号、４Ｓ…基準信号、４Ｘ…計数結果、４Ｙ…しきい値、４Ｚ…比較結果、４Ｄ…計数差、５…センサアレイ、８…センサ面、９…被検体。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
格子状に配置された第１の検出素子ごとに設けられ、被検体との間に生じた容量を当該第１の検出素子で検出し、その容量に応じた容量信号をそれぞれ出力する複数の容量検出ユニットと、
前記容量検出ユニットのうち列方向に並ぶ容量検出ユニットを結ぶ複数の制御線と、
前記容量検出ユニットのうち行方向に並ぶ容量検出ユニットを結ぶ複数のデータ線と、
前記制御線のいずれか１つを順次選択することにより当該制御線に接続された容量検出ユニット列を選択する列セレクタと、
前記列セレクタにより選択された選択列の容量検出ユニットから当該データ線に出力された容量信号を、当該選択列における前記被検体表面形状を示す凹凸データにＡ／Ｄ変換してそれぞれ出力するＡ／Ｄ変換部と、
前記列セレクタにより前記容量検出ユニット列が選択されるごとに、前記Ａ／Ｄ変換部から出力された凹凸データを前記列方向に１つずつ順次選択することにより、前記被検体の表面形状を示す表面形状データとして出力する行セレクタと、
前記容量検出ユニットのいずれかに代えて第２の検出素子とともに配置され、当該第２の検出素子を介して前記被検体と電気的に接触することにより前記被検体のインピーダンスを検出し、そのインピーダンスに応じたパルス幅を有する検出信号を出力するインピーダンス検出ユニットと、
入力された周波数調整値に応じた一定周波数の基準信号を生成する可変周波数発振部を含む基準信号生成部と、
前記基準信号のパルス数をカウンタにより前記検出信号のパルス幅に相当する期間にわたり計数し、得られた第１の計数結果を前記検出信号のＡ／Ｄ変換値として出力する第２のＡ／Ｄ変換部と、
前記第２のＡ／Ｄ変換部で得られた前記Ａ／Ｄ変換値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判定部と
を備え、
前記基準信号生成部は、前記第２のＡ／Ｄ変換部で前記検出信号をＡ／Ｄ変換する以前の周波数調整動作時に、前記可変周波数発振部で生成された前記基準信号のパルス数を一定の計測期間にわたり計数し、得られた第２の計数結果が所定の許容範囲に収まるよう前記周波数調整値を変更し、前記第２の計数結果が前記許容範囲に収まった時点で、当該周波数調整値を前記可変周波数発振部へ保持出力する周波数調整部を含む
ことを特徴とする表面形状認識センサ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の表面形状認識センサ装置において、
前記基準信号生成部は、前記可変周波数発振部で生成された前記基準信号のパルス数を前記計測期間ごとに計数し、得られた前記第２の計数結果を前記周波数調整部へ出力するカウント部を含むことを特徴とする表面形状認識センサ装置。
【請求項３】
請求項２に記載の表面形状認識センサ装置において、
前記カウント部は、入力されたカウント制御信号のパルス幅で規定された前記計測期間長ごとに前記基準信号のパルス数を計数し、
前記周波数調整部は、前記第２の計数結果が前記許容範囲に収まるまで、前記カウント制御信号のパルス数を順次計数した第３の計数結果を前記周波数調整値として出力し、前記第３の計数結果が前記許容範囲に収まった時点で、当該第３の計数結果を前記周波数調整値として前記可変周波数発振部へ保持出力する
ことを特徴とする表面形状認識センサ装置。
【請求項４】
請求項１に記載の表面形状認識センサ装置において、
前記基準信号生成部は、前記周波数調整動作時、前記検出信号に代えて前記計測期間長のパルス幅を有するカウント制御信号を前記第２のＡ／Ｄ変換部へ入力するセレクタを含み、
前記周波数調整部は、前記第２のＡ／Ｄ変換部で得られた前記Ａ／Ｄ変換値を、前記計測期間にわたり前記基準信号のパルス数を計数して得られた前記第２の計数結果として用いる
ことを特徴とする表面形状認識センサ装置。
【請求項５】
請求項４に記載の表面形状認識センサ装置において、
前記周波数調整部は、前記第２の計数結果が前記許容範囲に収まるまで、前記カウント制御信号のパルス数を順次計数した第３の計数結果を前記周波数調整値として出力し、前記第３の計数結果が前記許容範囲に収まった時点で、当該第３の計数結果を前記周波数調整値として前記可変周波数発振部へ保持出力する
ことを特徴とする表面形状認識センサ装置。
【請求項６】
請求項２または請求項４に記載の表面形状認識センサ装置において、
前記周波数調整部は、前記第２の計数結果が前記許容範囲に収まるまで、前記周波数調整値を初期値から増加または減少のいずれか一方向へ順次変更する
ことを特徴とする表面形状認識センサ装置。
【請求項７】
請求項２または請求項４に記載の表面形状認識センサ装置において、
前記周波数調整部は、前記第２の計数結果が前記許容範囲に収っていない場合、前記第２の計数結果と前記許容範囲に含まれる任意のしきい値との計数差と、前記前記周波数調整値の差分調整値との対応関係に基づいて、前記第２の計数結果と前記しきい値との計数差に対応する差分調整値を算出し、当該差分調整値分だけ前記周波数調整値を一度にまとめて変更して前記可変周波数発振部へ出力する
ことを特徴とする表面形状認識センサ装置。
【請求項８】
請求項１に記載の表面形状認識センサ装置において、
前記インピーダンス検出ユニットと前記第２のＡ／Ｄ変換部との間に設けられた、互いに直列接続された複数の増幅器を含む信号伝達回路をさらに備えることを特徴とする表面形状認識センサ装置。
【請求項９】
請求項８に記載の表面形状認識センサ装置において、
前記信号伝達回路は、
前記インピーダンス検出ユニットからの前記検出信号を反転出力するインバータと、
互いに直列接続された複数の差動増幅器からなり、前記検出信号と前記インバータからの反転検出信号とを入力とする差動増幅器群と、
前記差動増幅器群からの差動出力をシングルエンド出力に変換して出力する信号変換回路と
を含むことを特徴とする表面形状認識センサ装置。
【請求項１】
格子状に配置された第１の検出素子ごとに設けられ、被検体との間に生じた容量を当該第１の検出素子で検出し、その容量に応じた容量信号をそれぞれ出力する複数の容量検出ユニットと、
前記容量検出ユニットのうち列方向に並ぶ容量検出ユニットを結ぶ複数の制御線と、
前記容量検出ユニットのうち行方向に並ぶ容量検出ユニットを結ぶ複数のデータ線と、
前記制御線のいずれか１つを順次選択することにより当該制御線に接続された容量検出ユニット列を選択する列セレクタと、
前記列セレクタにより選択された選択列の容量検出ユニットから当該データ線に出力された容量信号を、当該選択列における前記被検体表面形状を示す凹凸データにＡ／Ｄ変換してそれぞれ出力するＡ／Ｄ変換部と、
前記列セレクタにより前記容量検出ユニット列が選択されるごとに、前記Ａ／Ｄ変換部から出力された凹凸データを前記列方向に１つずつ順次選択することにより、前記被検体の表面形状を示す表面形状データとして出力する行セレクタと、
前記容量検出ユニットのいずれかに代えて第２の検出素子とともに配置され、当該第２の検出素子を介して前記被検体と電気的に接触することにより前記被検体のインピーダンスを検出し、そのインピーダンスに応じたパルス幅を有する検出信号を出力するインピーダンス検出ユニットと、
入力された周波数調整値に応じた一定周波数の基準信号を生成する可変周波数発振部を含む基準信号生成部と、
前記基準信号のパルス数をカウンタにより前記検出信号のパルス幅に相当する期間にわたり計数し、得られた第１の計数結果を前記検出信号のＡ／Ｄ変換値として出力する第２のＡ／Ｄ変換部と、
前記第２のＡ／Ｄ変換部で得られた前記Ａ／Ｄ変換値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判定部と
を備え、
前記基準信号生成部は、前記第２のＡ／Ｄ変換部で前記検出信号をＡ／Ｄ変換する以前の周波数調整動作時に、前記可変周波数発振部で生成された前記基準信号のパルス数を一定の計測期間にわたり計数し、得られた第２の計数結果が所定の許容範囲に収まるよう前記周波数調整値を変更し、前記第２の計数結果が前記許容範囲に収まった時点で、当該周波数調整値を前記可変周波数発振部へ保持出力する周波数調整部を含む
ことを特徴とする表面形状認識センサ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の表面形状認識センサ装置において、
前記基準信号生成部は、前記可変周波数発振部で生成された前記基準信号のパルス数を前記計測期間ごとに計数し、得られた前記第２の計数結果を前記周波数調整部へ出力するカウント部を含むことを特徴とする表面形状認識センサ装置。
【請求項３】
請求項２に記載の表面形状認識センサ装置において、
前記カウント部は、入力されたカウント制御信号のパルス幅で規定された前記計測期間長ごとに前記基準信号のパルス数を計数し、
前記周波数調整部は、前記第２の計数結果が前記許容範囲に収まるまで、前記カウント制御信号のパルス数を順次計数した第３の計数結果を前記周波数調整値として出力し、前記第３の計数結果が前記許容範囲に収まった時点で、当該第３の計数結果を前記周波数調整値として前記可変周波数発振部へ保持出力する
ことを特徴とする表面形状認識センサ装置。
【請求項４】
請求項１に記載の表面形状認識センサ装置において、
前記基準信号生成部は、前記周波数調整動作時、前記検出信号に代えて前記計測期間長のパルス幅を有するカウント制御信号を前記第２のＡ／Ｄ変換部へ入力するセレクタを含み、
前記周波数調整部は、前記第２のＡ／Ｄ変換部で得られた前記Ａ／Ｄ変換値を、前記計測期間にわたり前記基準信号のパルス数を計数して得られた前記第２の計数結果として用いる
ことを特徴とする表面形状認識センサ装置。
【請求項５】
請求項４に記載の表面形状認識センサ装置において、
前記周波数調整部は、前記第２の計数結果が前記許容範囲に収まるまで、前記カウント制御信号のパルス数を順次計数した第３の計数結果を前記周波数調整値として出力し、前記第３の計数結果が前記許容範囲に収まった時点で、当該第３の計数結果を前記周波数調整値として前記可変周波数発振部へ保持出力する
ことを特徴とする表面形状認識センサ装置。
【請求項６】
請求項２または請求項４に記載の表面形状認識センサ装置において、
前記周波数調整部は、前記第２の計数結果が前記許容範囲に収まるまで、前記周波数調整値を初期値から増加または減少のいずれか一方向へ順次変更する
ことを特徴とする表面形状認識センサ装置。
【請求項７】
請求項２または請求項４に記載の表面形状認識センサ装置において、
前記周波数調整部は、前記第２の計数結果が前記許容範囲に収っていない場合、前記第２の計数結果と前記許容範囲に含まれる任意のしきい値との計数差と、前記前記周波数調整値の差分調整値との対応関係に基づいて、前記第２の計数結果と前記しきい値との計数差に対応する差分調整値を算出し、当該差分調整値分だけ前記周波数調整値を一度にまとめて変更して前記可変周波数発振部へ出力する
ことを特徴とする表面形状認識センサ装置。
【請求項８】
請求項１に記載の表面形状認識センサ装置において、
前記インピーダンス検出ユニットと前記第２のＡ／Ｄ変換部との間に設けられた、互いに直列接続された複数の増幅器を含む信号伝達回路をさらに備えることを特徴とする表面形状認識センサ装置。
【請求項９】
請求項８に記載の表面形状認識センサ装置において、
前記信号伝達回路は、
前記インピーダンス検出ユニットからの前記検出信号を反転出力するインバータと、
互いに直列接続された複数の差動増幅器からなり、前記検出信号と前記インバータからの反転検出信号とを入力とする差動増幅器群と、
前記差動増幅器群からの差動出力をシングルエンド出力に変換して出力する信号変換回路と
を含むことを特徴とする表面形状認識センサ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１０−１９７８５（Ｐ２０１０−１９７８５Ａ）
【公開日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８２６２９（Ｐ２００８−１８２６２９）
【出願日】平成２０年７月１４日（２００８．７．１４）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１４日（２００８．７．１４）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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