生物测量识别设备的制作方法

专利名称：生物测量识别设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种检测和识别活体的技术，更具体地，涉及一种当通过检测诸如来自对象的指纹等生物测量信息来执行个体识别时，确定对象是否为活体的生物测量识别技术。
背景技术：
随着面向信息社会的发展，用于信息处理系统的安全保护的技术已经得到发展。例如，ID卡已经用于计算机室的进入控制。然而，存在ID卡将丢失或被偷等的较高的可能性。为此，已经引入了个体识别系统，其中将个体等的指纹预先进行登记，作为ID卡的替代，并且在进入房间时对其进行比对。
在这样的个体识别系统，未授权的人可以通过创建已登记指纹的复制来通过检查。为此，个人识别系统需要识别对象是否为活体，以及执行指纹比对。
通常，作为检测对象是否为活体的生物测量识别技术，已经公开了如图45所示的技术，其中使用与对象的阻抗匹配(例如，见日本专利待审公开No.2000-172833)。该生物测量检测设备包括振荡单元73，用于输出高频信号；非谐振电路的电极单元70，对其施加来自振荡电路73的高频信号并且对象与其接触的电极71形成；检测单元74，输出与电极单元70的阻抗变化相对应的反射波信号；确定单元76，将来自检测单元74的反射波信号与预定参考信号进行比较以确定与电极71接触的对象是否为活体；以及参考信号设置单元75，其中预先设置了用于确定对象是否为活体的参考信号，并向确定单元76提供该参考信号。
在该生物测量检测设备中，振荡单元73向电极单元70提供高频信号。对象是诸如指纹等活体，并且当对象接触电极71时，电极单元70的阻抗会发生改变。假定当人体接触电极单元70时，对象侧的阻抗与电极单元70的输入侧的阻抗相匹配。在这种情况下，如果对象是人体，则高频信号的反射波由于上述阻抗匹配而减小。检测单元74检测该反射波。确定单元76然后将其与参考信号进行比较。如果反射波小于检测电平，则确定人体已经与电极单元相接触。

发明内容
本发明所要解决的问题然而，这样的传统技术使用了根据阻抗匹配来确定反射波电平的原理，并且除了用于检测单元70的阻抗匹配的变压器72之外，还需要外部部件，例如，用于检测提供的高频信号的反射波的检测单元74的电感和电容。
因此，需要大量部件。这难以减小设备尺寸且增加了制造成本。此外，由于容易从连接部件的互连中读出检测信号或根据外部部件的元件值来估计生物测量确定条件从而执行欺骗性生物测量识别，因此不能够确保令人满意的安全性。
为了解决上述问题，已经提出了本发明，并且本发明的目的是提出一种生物测量识别设备，能够精细地检测对象的电特性，而不需要要用于反射波测量的阻抗匹配的诸如变压器等任何电感和电容、或者不会增加设备尺寸，并且能够容易地减小设备尺寸并将设备形成到芯片中。
解决问题的手段根据本发明的一种生物测量识别设备包括检测元件，与对象电接触；电源信号产生单元，用于产生AC电源信号；响应信号产生单元，包括连接在所述电源信号产生单元和所述检测元件之间的阻性元件，用于将电源信号通过所述阻性元件施加到所述检测元件，从阻性元件的一个端子中提取包含根据对象是否为活体而改变的、不少于一个的个体参数的响应信号，并输出所述信号；波形信息检测单元，从响应信号中检测至少一个个体参数作为波形信息，并且输出表示波形信息的检测信号；以及生物测量识别单元，根据所述检测信号确定对象是否为活体。
本发明的效果根据本发明，将预定电源信号通过阻性元件施加到检测元件上，并提取包含根据所述设备通过检测元件与其相接触的对象是否为活体而改变的至少一个个体参数的响应信号。然后，根据来自响应信号的表示至少一个个体参数的检测信号来确定所述对象是否为活体。这能够利用与现有技术相比具有非常简单的电路配置的、诸如通用比较器或逻辑电路等相位比较电路来检测对象的电特性，而无需要求较大面积的阻性元件或容性元件。结果，这能够容易地实现生物测量识别设备尺寸的减小和芯片的形成。


图1是示出了根据本发明第一实施例的生物测量识别设备的配置的方框图；图2是示出了根据本发明第二实施例的生物测量识别设备的配置的方框图；图3A到3D是示出了在图2所示的生物测量识别设备的各个组件处的信号的信号波形图；图4是示出了根据本发明第三实施例的生物测量识别设备的配置的方框图；图5A到5B是示出了在图4所示的生物测量识别设备的各个组件处的信号的信号波形图；图6是示出了根据本发明第四实施例的生物测量识别设备的配置的方框图；图7是示出了根据本发明第五实施例的生物测量识别设备的配置的方框图；图8A到8F是示出了在图7所示的生物测量识别设备的各个组件处的信号的信号波形图；图9是示出了根据本发明第六实施例的生物测量识别设备的配置的方框图；图10A到10E是示出了在图9所示的生物测量识别设备的各个组件处的信号的信号波形图；图11是示出了根据本发明第七实施例的生物测量识别设备的配置的方框图；图12A到12D是示出了在图11所示的生物测量识别设备的各个组件处的信号的信号波形图；图13是示出了根据本发明第八实施例的生物测量识别设备的配置的方框图；图14A到14D是示出了在图13所示的生物测量识别设备的各个组件处的信号的信号波形图；图15是示出了根据本发明第九实施例的生物测量识别设备的配置的方框图；图16A到16C是示出了在图15所示的生物测量识别设备的各个组件处的信号的信号波形图；图17A到17D是示出了另一生物测量识别设备的各个组件处的信号的信号波形图；图18是示出了根据本发明第十实施例的生物测量识别设备的配置的方框图；图19A到19D是示出了根据响应信号来检测相位差的操作的信号波形图；图20A到20C是示出了根据响应信号来检测幅度的操作的信号波形图；图21A到21D是示出了频率变化时的相位差变化的信号波形图；图22A到22D是示出了频率变化时的幅度变化的信号波形图；图23是用于解释与识别索引值相对应的参考范围的图；图24是示出了根据本发明第十一实施例的生物测量识别设备的配置的方框图；图25A到25C是示出了经过时间变化时的相位差变化的信号波形图；
图26A到26C是示出了经过时间变化时的幅度变化的信号波形图；图27是用于解释与识别索引值相对应的参考范围的图；图28是示出了根据本发明第十二实施例的生物测量识别设备的配置的方框图；图29是示出了在图28中所使用的波形整形电路的配置示例的图；图30是示出了在图29中所使用的低通滤波器的配置示例的图；图31是示出了根据本发明第十三实施例的生物测量识别设备中所使用的波形整形电路的配置示例的图；图32是在图31中所使用的限幅电路的配置示例的图；图33是示出了图32中的限幅电路的操作的信号波形图；图34是示出了根据本发明第十四实施例的生物测量识别设备中所使用的限幅电路的配置示例的图；图35是示出了根据本发明第十五实施例的生物测量识别设备中所使用的波形整形电路的配置示例的图；图36是示出了图35中所使用的限幅低通滤波器的配置示例的图；图37是示出了图36中的限幅低通滤波器的操作的信号波形图；图38是示出了根据本发明第十六实施例的生物测量识别设备中所使用的限幅低通滤波器的配置示例的图；图39是图38中的限幅低通滤波器的操作的信号波形图；图40是示出了根据本发明第十七实施例的生物测量识别设备的配置的方框图；图41示出了图40中所使用的波形整形电路的配置示例的图；图42是示出了图41中所使用的可变低通滤波器的配置示例的图；图43是示出了图42中所使用的可变电容电路的配置示例的图；图44A到44C是示出了图40中的电源信号产生电路的操作的信号波形图；以及图45是示出了传统指纹比对设备的配置示例的图。
具体实施例方式
下面将参考附图来描述本发明的实施例。
首先将参考图1来描述根据本发明第一实施例的生物测量识别设备。图1是示出了根据本发明第一实施例的生物测量识别设备的配置的方框图。
该生物测量识别设备具有检测元件1、电源信号产生电路2、响应信号产生单元3、波形信息检测单元4、以及生物测量识别单元5。
检测元件1通过检测电极与对象10电接触，并且将对象10的阻抗的容性和阻性分量与响应信号产生单元3相连。电源信号产生单元2产生由具有预定频率的正弦波等所形成的电源信号2S，并将其输出到响应信号产生单元3。响应信号产生单元3具有连接在电源信号产生单元2和检测元件1之间的阻性元件R，并且将来自电源信号产生单元2的电源信号2S通过阻性元件Rs施加到检测元件1。然后，响应信号产生单元3向波形信息检测单元4输出根据来自阻性元件Rs的一个端子(即阻性元件Rs和检测元件1之间的节点)的检测元件1的输出阻抗(即对象10的阻抗的容性和阻性分量)发生变化的响应信号3S。
波形信息检测单元4根据来自响应信号产生单元3的响应信号3S所表示的波形，检测针对电源信号2S的相位差或幅度，并且向生物测量识别单元5输出包含表示这样的相位差或幅度的波形信息的检测信号4S。生物测量识别单元5根据来自波形信息检测单元4的检测信号4S中所包含的波形信息，识别/确定对象10是否为活体并输出识别结果5S。
接下来，将描述根据该实施例的生物测量识别设备的操作。当对象10与检测元件1相接触时，从电源信号产生单元2施加到检测元件1的电源信号2S根据对象10所唯一的阻抗特性(即容性和阻性分量)而变化。将结果信号作为响应信号3S输出到响应信号产生单元3。由波形信息检测单元4检测响应信号3S的相位差或幅度。然后，将包含表示检测结果的信息的检测信号4S输出到生物测量识别单元5。
生物测量识别单元5根据检测信号4S中所包含的波形信息是否落在可信活体的生物测量波形信息的参考范围内，识别/确定对象10是否为活体，并输出识别结果5S。
如上所述，在该实施例中，提供波形信息检测单元4以检测表示响应信号3S的相位差或幅度的波形信息，从而检测表示对象10的固有阻抗的实分量或虚分量的信息。然后，生物测量识别单元5根据检测到的信息，识别对象10是否为活体。因此，与现有技术相比，通过用于检测波形信息的相对简单的电路配置，可以接近地查验对象的电特性。这能够减小生物测量识别设备的尺寸，并将其形成在芯片中。
注意，在该实施例中，可以将包含在响应信号3S中的相位差或幅度看作一个或多个个体参数，根据对象是否为活体而发生变化。更具体地，响应信号产生单元3从阻性元件Rs的一个端子(即阻性元件Rs和检测元件1之间的节点)中提取包含一个或多个个体参数的响应信号3S，所述个体参数根据对象是否为活体而发生变化。波形信息检测单元4从响应信号3S的波形中检测至少一个个体参数，作为波形信息，并输出表示波形信息的检测信号。
因此，在以上情况下，将根据通过检测元件1与所述设备相接触的对象10的阻抗而变化的响应信号3S的相位和幅度用作个体参数。
可以根据这样的相位差或幅度计算出对象的虚分量或实分量的幅度，并且可以将其与可信活体的虚分量或实分量的参考范围进行比较。在这种情况下，通过检测元件1与所述设备相接触的对象10的阻抗的实分量和虚分量被用作个体参数。
下面，将描述根据本发明第二实施例的生物测量识别设备。图2是示出了根据本发明第二实施例的生物测量识别设备的方框图。与图1相同的参考符号表示图2中相同或等价的部件。
该实施例将举例说明上述第一实施例的实际配置，其中波形信息检测单元4检测响应信号3S的相位差，作为用于生物测量识别/确定的波形信息。
参考图2，检测单元1具有与对象10电接触的检测电极11和12。电源信号产生单元2具有频率产生电路21和波形整形电路22。响应信号产生单元3具有电流电压转换电路31。波形信息检测单元4A具有参考信号产生电路41和相位比较电路42。生物测量识别单元5A具有信号转换电路51和确定电路52。
在检测元件1中，检测电极11与诸如地电位等公共电位相连，并且检测电极12与响应信号产生单元3的电流电压转换电路31的输出级相连，并且检测电极12与响应信号产生单元3的电流电压转换电路31的输出级相连。在电源信号产生单元2中，频率产生电路21产生具有预定频率的时钟信号，并且波形整形电路22根据来自频率产生单元21的时钟信号，产生并输出由正弦波等形成的电源信号2S。注意，可以从外部波形产生设备而不是电源信号产生单元2提供电源信号2S。
响应信号产生单元3的电流电压转换电路31由连接在电源信号产生单元2和检测元件1之间的阻性元件Rs形成。电流电压转换电路31将电源信号2S施加到具有充分低于活体阻抗的输出阻抗的对象10。电流电压转换电路31将此时通过检测元件1在对象10中流动的电流转换为电压，并输出其，作为响应信号3S。
波形信息检测单元4A的参考信号产生电路41向相位比较电路42输出与电源信号2S同步的参考信号41S。相位比较电路42将响应信号3S与参考信号41S进行比较以检测对象10所唯一的阻抗特性、在这种情况下与容性分量相对应的相位差，并将其作为检测信号4AS输出。在这种情况下，电源信号2S可以用作参考信号41S。
生物测量识别单元5的信号转换电路51将来自相位比较电路42的检测信号4AS转换为转换后的信号51S，其能够由确定电路52容易地确定。确定电路52确定由来自信号转换电路51的转换后的信号51S所表示的相位差是否落在表示可信活体的阻抗特性的相位差参考范围内，从而确定对象10是否为活体。确定电路52然后输出针对对象10的识别结果5S。
接下来，将描述图2所示的生物测量识别设备的操作。对象10通过检测元件1的检测电极11和12与电流电压转换电路31的输出级相连。在这种情况下，对象10的固有阻抗可以由连接在检测元件1的检测电极11和12之间的容性分量Cf和阻性分量Rf来表示。因此，从具有预定输出阻抗的电流电压转换电路31所施加的电源信号2S由电流电压转换电路31的输出阻抗和对象10的固有阻抗分压。然后，对象10中流动的电流根据对象10的固有阻抗发生相位或幅度变化。将这样的变化转换为电压，并输出为响应信号3S。
在该实施例中，波形信息检测单元4A的相位比较电路42将从参考信号产生电路41输出的参考信号41S的相位与响应信号3S的相位进行比较，并输出包含响应信号3S的相位信息(相位差)的检测信号4AS。
图3A到3D示出了在图2的各个组件处的信号波形示例。当将以诸如地电位的公共电位为中心的正弦波用作电源信号2S时，响应信号3S的相位根据对象10的阻抗而变化。例如，通过利用与电源信号2S同步的信号作为参考信号41S，并且使相位比较电路42将参考信号41S的相位与响应信号3S的相位进行比较，输出具有相位差φ作为脉冲宽度的检测信号4AS。
由于将相位比较电路42提供给波形信息检测单元4A以便按照这种方式将响应信号3S的相位与参考信号41S的相位进行比较，可以检测根据对象10的固有容性分量而变化的相位，作为表示响应信号3S的波形的波形信息。通过使用与现有技术相比具有非常简单的电路配置的诸如通用比较器或逻辑电路等相位比较电路，这能够精细地检测对象的电特性、表示在这种情况下的对象10的固有阻抗的虚分量的信息，而无需要求较大面积的阻性元件或容性元件。结果，这可以容易地实现生物测量识别设备尺寸的减小并实现芯片的形成。
下面，将描述根据本发明第三实施例的生物测量识别设备。图4是示出了根据本发明第三实施例的生物测量识别设备的方框图。与图2相同的参考符号表示图4中相同或等价的部件。
上述第二实施例已经举例说明了以下情况波形信息检测单元4A检测包含在响应信号3S中的表示对象10的阻抗的容性分量的相位信息，作为表示对象10的固有阻抗的虚分量的波形信息。第三实施例将举例说明以下情况波形信息检测单元4B检测包含在响应信号3S中的对象10的阻抗的阻性分量，作为表示对象10的固有阻抗的实分量的波形信息。
参考图4，波形信息检测单元4B具有峰值电压检测电路43。所述峰值电压检测电路43根据响应信号3S，检测与对象10所唯一的阻抗特性相对应的幅度变化，在这种情况下为阻性分量，并且输出其，作为检测信号4BS。峰值电压检测电路43的实际示例包括抽样/保持电路等。图4中的生物测量识别设备的配置与图2所示相同，除了波形信息检测单元4B之外，这里将省略对其的详细描述。
接下来，将描述图4中的生物测量识别设备的操作。对象10通过检测元件1的检测电极11和12与电流电压转换电路31的输出级相连。在这种情况下，对象10的固有阻抗可以由连接在检测元件1的检测电极11和12之间的容性分量Cf和阻性分量Rf来表示。因此，从具有预定输出阻抗的电流电压转换电路31所施加的电源信号2S由电流电压转换电路31的输出阻抗和对象10的固有阻抗分压。然后，对象10中流动的电流根据对象10的固有阻抗发生相位或幅度变化。将这样的变化转换为电压，并输出为响应信号3S。
在该实施例中，波形信息检测单元4B的峰值电压检测电路43输出包含响应信号3S的幅度峰值的检测信号4BS。
图5A到5B示出了在图4的各个组件处的信号波形示例。当将以诸如地电位的公共电位为中心的正弦波用作电源信号2S时，响应信号3S根据对象10的阻抗在公共电位附近发生幅度变化。峰值电压检测电路43检测响应信号3S的峰值电压，即电压的最大和最小值，并输出表示与响应信号3S的幅度A成正比的DC电位的检测信号4BS。
如以上所描述的，波形信息检测单元4B具有峰值电压检测电路43，检测根据对象10的固有阻抗分量发生变化的幅度，作为表示响应信号3S的波形的波形信息。通过使用与现有技术相比具有非常简单的电路配置的诸如通用抽样/保持电路等峰值电压检测电路，这能够精细地检测对象的电特性、表示在这种情况下的对象10的固有阻抗的实分量的信息，而无需要求较大面积的阻性元件或容性元件。结果，这可以容易地实现生物测量识别设备尺寸的减小并实现芯片形成。
接下来，将参考图6来描述根据本发明第四实施例的生物测量识别设备。图6是示出了根据本发明第四实施例的生物测量识别设备的方框图。与图1相同的参考符号表示图6中相同或等价的部件。
上述第一实施例已经举例说明了设置波形信息检测单元4来从响应信号3S中检测表示相位和幅度信息的波形信息的情况。第四实施例将举例说明以下情况设置两个波形信息检测单元4A和4B，以同时根据响应信号3S来检测表示相位信息和幅度信息的波形信息，从而执行生物测量识别。
波形信息检测单元4A等价于上述图2中的波形信息检测单元4A，并且进行如下设计相位比较电路42将从参考信号产生电路41输出的参考信号41S与响应信号3S进行比较，以输出包含响应信号3S的相位信息的检测信号4AS。波形信息检测单元4B等价于上述图4中的波形信息检测单元4B，并且进行如下设计峰值电压检测电路43检测响应信号3S的幅度以输出包含峰值的检测信号4BS。
生物测量识别单元5A的信号转换电路51A将来自相位信息检测单元4A和4B的检测信号4AS和4BS转换为转换后的信号5AS和5BS，并将其输出到确定电路52A。确定电路52A确定由来自信号转换电路51A的转换后的信号5AS和5BS是否落在表示可信活体的阻抗特性的相位差参考范围和幅度参考范围内，从而识别/确定对象10是否为活体并输出针对对象10的识别结果5S。
如该实施例中所述，设置波形信息检测单元4A和4B以检测表示响应信号3S的相位差和幅度的波形信息，并且生物测量识别单元5A根据检测到的信息确定对象10是否为活体。通过使用与现有技术相比具有非常简单的电路配置的诸如通用比较器或逻辑电路等相位比较电路，这能够精细地检测对象的电特性，在这种情况下表示对象10的固有阻抗的实分量和虚分量的信息，而无需要求较大面积的阻性元件或容性元件。结果，这可以容易地实现生物测量识别设备尺寸的减小并实现芯片的形成。
此外，与通过作为整体利用检测实分量和虚分量所获得的信息来执行生物测量识别/确定的情况相比，同时根据表示对象阻抗的实分量和虚分量的信息执行生物测量识别/确定非常难以通过选择对象的材料和质量来单独地调节对象的实分量和虚分量。这可以获得防止利用人造手指等欺骗性识别活动的高安全性。根据其中单独检测实分量和虚分量的上述配置，如图6所示，波形信息检测单元4A根据表示响应信号3S的相位差的波形信息来检测虚分量，并且波形信息检测单元4B根据表示响应信号3S的幅度的波形信息来检测实分量。然而，即使当使用另一配置作为单独检测实分量和虚分量的配置时，也能够获得类似功能和效果。
在上述第一到第四实施例的每一个中，考虑生物测量识别单元5或5A的实际示例。例如，当使用具有与相位信息相对应的脉冲宽度的检测信号4AS时，信号转换电路51或51A可以转换该信号的脉冲宽度，并且信号转换电路51或51A的比较器可以将该电压与以电压定义的相位差参考范围进行比较。当要使用以时间长度定义的相位差参考范围时，确定电路52或52A的门电路可以直接将检测信号4AS与表示相位差参考范围的参考脉冲进行比较。这能够省略信号转换电路51或51A。
当要使用具有与幅度信息相对应的电位的检测信号4BS时，信号转换电路51或51A的电压比较器可以将该信号与以电压定义的幅度差参考范围进行比较。这能够省略信号转换电路51或51A。当要使用以时间长度定义的幅度参考范围时，信号转换电路51或51A可以将电压转换为脉冲宽度，并且确定电路52或52A的门电路可以将其与表示该幅度参考范围的参考脉冲进行比较。
根据以上描述，生物测量识别单元5或5A由模拟电路构成。然而，该单元可以由数字电路构成。例如，由信号转换电路51或51A对检测信号4AS或4BS进行A/D转换，并且可以利用确定电路52或52A，将所获得的数字值与表示相位差参考范围或幅度参考范围的数字信息进行比较。
按照该方式，检测对象的固有阻抗，作为表示响应信号的波形的波形信息，并根据波形信息确定对象是否为活体。这能够利用如上所述的非常简单的电路来形成生物测量识别单元5或5A，并且容易地实现生物测量识别设备的尺寸减小和芯片的形成。注意，可以根据这样的相位差或幅度来计算对象的虚分量或实分量的幅度，并且可以将计算出的幅度与可信活体的虚分量或实分量的参考范围进行比较。
接下来，将参考图7来描述根据本发明第五实施例的生物测量识别设备。图7是示出了根据本发明第五实施例的生物测量识别设备的方框图。图7示出了图1所示的生物测量识别设备中的电源信号产生单元2、响应信号产生单元3和波形信息检测单元4的配置示例的细节。
对该生物测量识别设备进行如下设计波形信息检测单元4A检测响应信号3S和与原始电源信号2S同步的参考信号42S之间的相位差，作为上述波形信息，并输出包含所述波形信息的检测信号4AS。注意，与第一实施例(见图1)相同的参考符号表示第五实施例中相同或等价的部件。
参考图7，检测元件1具有检测电极11和12以便与对象10电接触。电源信号产生单元2具有频率产生电路21、波形整形电路22、以及偏移去除电路23。响应信号产生电路3具有电流电压转换电路31。波形信息检测单元4A具有电平移位电路41、参考信号产生电路42和相位比较电路43。
在检测元件1中，检测电极11与如地电位等公共电位相连，并且检测电极12与响应信号产生单元3的电流电压转换电路31的输出级相连。从如具有恒定电位(低阻抗)的电源电路的预定电源电路单元(未示出)中提供该公共电位。
在电源信号产生单元2中，频率产生电路21产生具有预定频率的时钟信号，并且波形整形电路22根据来自频率产生单元21的时钟信号，产生由正弦波或三角波等重复波形形成的AC整形信号22S，并且将其输出到偏移去除电路23。偏移去除电路23去除公共电位和整形信号22S的中央电位之间的DC电位差，即离整形信号22S的偏移，以产生其中央电位与公共电位一致的电源信号2S，并输出其。注意，可以从外部波形产生设备而非电源信号产生电路2提供电源信号2S。
响应信号产生单元3的电流电压转换电路31将电源信号2S施加到具有比活体阻抗充分低的预定输出阻抗的对象10。在这种情况下，电流电压转换电路31将通过检测元件1在对象10中流动的电流转换为电压，并输出其，作为响应信号3S。
为了产生与符合预定参考电位的公共电位一致的响应信号3S的中央电位，波形信息检测单元4A的电平移位电路41对信号的整个DC偏置进行电平移位，并且向相位比较电路43输出所得到的信号，作为待比较信号41S。参考信号产生电路42将与电源信号2S同步的参考信号42S输出到相位比较电路43。相位比较电路43将待比较信号41S的相位与参考信号42S的相位进行比较，以检测与对象10的固有阻抗特性相对应的相位差，在这种情况下为容性分量，作为波形信息，并输出包含波形信息的检测信号4AS。在这种情况下，电源信号2S可以用作参考信号42S。
生物测量识别单元5确定由来自相位比较电路43的检测信号4AS所表示的相位差是否落在表示可信活体的阻抗特性的相位差参考范围内，从而确定对象10是否为活体。然后，生物测量识别单元5输出针对对象10的识别结果5S。
接下来，将描述根据该实施例的生物测量识别设备的操作。对象10通过检测元件1的检测电极11和12与电流电压转换电路31的输出级相连。对象10的固有阻抗可以由连接在检测元件1的检测电极11和12之间的容性分量Cf和阻性分量Rf来表示。因此，从具有预定输出阻抗的电流电压转换电路31所施加的电源信号2S由电流电压转换电路31的输出阻抗和对象10的固有阻抗分压。然后，对象10中流动的电流根据对象10的固有阻抗发生相位或幅度变化。将这样的变化转换为电压，并输出为响应信号3S。
在该结构中，波形信息检测单元4A的相位比较电路43将待比较信号41S的相位与从参考信号产生电路42中输出的参考信号42S进行比较，并输出包含响应信号3S的相位信息(相位差)的检测信号4AS。
在这种情况下，如果在与检测元件1的检测电极11相连的如地电位的公共电位和施加到检测电极12的电源信号2S之间存在偏移，由于DC电流在对象10中流动，则与对象10的阻性分量Rf相对应的偏移也出现在响应信号3S中。在该实施例中，为电源信号产生单元2设置偏移去除电路23以去除电源信号2S和公共电位之间的偏移，以抑制将DC电流施加到对象10上，并防止响应信号3S中的偏移的出现。
此外，为波形信息检测单元4A设置电平移位电路41以对响应信号3S进行电平移位，从而产生其中央电位与参考电位一致的待比较信号41S。利用待比较信号41S来检测相位差。
图8A到8F示出了在图7中的各个组件处的信号波形示例。电源信号产生单元2的波形整形电路22产生其中央电位与几乎在电路的操作电源电位VDD和地电位(0V＝GND)中间的电位VA一致的整形信号22S。在这种情况下，当将地电位用作公共电位时，与中央电位VA相对应的偏移存在于整形信号22S中。偏移去除电路23去除该偏移，以产生并输出其中央电位与公共电位一致的电源信号2S。结果，没有DC电流被施加到对象10上，并且可以获得其中央电位与公共电位一致的信号，作为响应信号3S，而没有由对象10的阻性分量Rf所引起的任何偏移。
在该实施例中，为了利用单一操作电源(即仅在相对于地电位正方向上(负方向上)的操作电源)来操作每一个信号处理电路，波形信息检测单元4A的电平移位电路41对响应信号3S进行电平移位以使响应信号3S的幅度落在地电位和操作电源电位VDD之间，并输出结果信号作为待比较信号41S。
在将待比较信号41S与参考信号42S进行比较时，相位比较电路43将这些模拟信号临时转换为数字信号以使逻辑电路执行相位比较。在将模拟信号转换为数字信号时，执行利用高增益放大模拟信号或将其与预定阈值比较的方法。
在这种情况下，如果模拟信号的中央电位与所需的参考电位不一致，则在从数字信号中获得的相位中会出现误差。例如，当利用高增益来放大模拟信号时，由于通过使其饱和到具有充当阈值的参考电压的操作电源电位VDD或地电位来对模拟信号数字化。因此，如果模拟信号的中央电位偏离参考电压，则电位高于参考电位的模拟信号的间隔长度变为与电位低于参考电位的信号的间隔长度不对称。因此，即使响应信号3S是正弦波，所获得的数字信号的占空比仍然不会变为11，并且在相位上出现误差(前沿或后沿的定时)。这将其应用于通过与预定阈值(即参考电位)比较来数字化模拟信号的情况。
因此，当由波形信息检测单元4A的电平移位电路41对响应信号3S进行电平移位时，对响应信号3S进行电平移位，从而使中央电位与参考电位一致。这可以实现单一操作电源，并且抑制上述相位误差的出现。
由相位比较电路43按照与以上所述相同的方式对来自参考信号产生电路42的参考信号42S数字化。在这种情况下，使参考信号产生电路42所产生的参考信号42S的中央电位与电平移位时的参考电位一致能够容易地获得具有非常少的相移的数字信号，并精确地检测相位差。
当将以如地电位等公共电位为中心的正弦波用作电源信号2S时，响应信号3S的相位根据对象10的阻抗而变化。通过利用与电源信号2S同步的信号作为参考信号42S且使相位比较电路43将该信号的相位与响应信号3S(即待比较信号41S)的相位进行比较，输出具有与作为脉冲宽度的对象10的阻抗的容性分量相对应的相位差φ的检测信号4AS。
由于将相位比较电路43提供给波形信息检测单元4A以便按照这种方式将响应信号3S的相位与参考信号42S的相位进行比较，可以检测根据对象10的固有容性分量而变化的相位，作为表示响应信号3S的波形的波形信息。通过使用与现有技术相比具有非常简单的电路配置的、如通用比较器或逻辑电路等相位比较电路，这能够精细地检测对象的电特性，在这种情况下表示对象10的固有阻抗的虚分量的信息，而无需要求较大面积的阻性元件或容性元件。结果，这可以容易地实现生物测量识别设备尺寸的减小并实现芯片的形成。
此外，偏移去除电路23产生其中央电位与公共电位一致的电源信号2S，并将其施加到对象10。然后，电平移位电路41对响应信号3S进行电平移位以使中央电位与参考电位一致移产生待比较信号41S。基于待比较信号41S来执行相位比较。这能够单独地设置针对信号处理电路的操作电源电位和具有相对简单的电路配置的公共电位。因此，例如，利用地电位作为公共电位可以改善抗噪性，并允许使用单一电源作为信号处理电路的操作电源。与其中使用正和负电源的情况相比，这能够减小电路的布局面积。结果，这可以减小生物测量识别设备的制造成本。
接下来，将参考图9来描述根据本发明第六实施例的生物测量识别设备。图9是示出了根据本发明第六实施例的生物测量识别设备的方框图。
在该实施例中，检测响应信号3S的相位作为波形信息，如同上述第五实施例中(见图7)。然而，第六实施例与第五实施例的不同在于将包含相对于公共电位的偏移的信号作为电源信号2S施加到检测元件1，以使波形信息检测单元4A校正由响应信号3S所引起的偏移。注意，与图7相同的参考符号表示图9中的相同或等价部件。
电源信号产生单元2包括频率产生电路21和波形整形电路22，但是不具有上述偏移去除电路23。
波形信息检测单元4A具有偏移校正电路41A，作为上述电平移位电路41的替代。偏移校正电路41A根据对象10的阻性分量Rf，校正在响应信号3S中所引起的偏移，即响应信号3S的中央电位和参考电位之间的DC相位差。
接下来，将参考图10A到10E来描述根据该实施例的生物测量识别设备的操作。图10A到10E示出了在图9中的生物测量识别设备的各个组件处的信号波形示例。
电源信号产生单元2的波形整形电路22产生并输出其中央电位与几乎在电路的操作电源电位VDD和地电位(0V＝GND)之间的中间处的电位VA一致的电源信号2S。结果，将DC电流施加到对象10，并且响应信号3S变为包含由对象10的阻性分量Rf所引起的偏移的信号。假定当Rf是预定值时，响应信号3S的中央电位变为参考电位VB。在这种情况下，如果Rf大于预定值，则高于参考电位VB的VB2变为中央电位。如果Rf小于预定值，则小于参考电位VB的VB1变为中央电位。
在该实施例中，波形信息检测单元4A的偏移校正电路41A对响应信号3S进行电平移位，以使响应信号3S的幅度落在地电位和操作电源电位VDD之间，并输出结果信号作为待比较信号41S，从而允许后续电路操作在单一操作电源上，即，仅在相对于地电位的正方向(负方向)上的操作电源。
在这种情况下，使偏移校正电路41A对响应信号3S电平移位以使中央电位与用于相位比较的参考电位VB一致不仅能够实现单一操作电源，而且能够抑制在上述数字化操作中的相位误差的出现。
按照该方式，波形信息检测单元4A具有相位比较电路43，以将响应信号3S的相位与参考信号42S比较，从而检测根据对象10的固有容性分量而变化的相位，作为表示响应信号3S的波形的波形信息。通过使用与现有技术相比具有非常简单的电路配置的、如通用比较器或逻辑电路等相位比较电路，这能够精细地检测对象的电特性，在这种情况下表示对象10的固有阻抗的虚分量的信息，而无需要求较大面积的阻性元件或容性元件。结果，这可以容易地实现生物测量识别设备尺寸的减小并实现芯片的形成。
此外，偏移校正电路41A通过校正响应信号3S的偏移，使中央电位变为参考电位，产生待比较信号41S。然后，根据待比较信号41S执行相位比较。这能够单独地设置针对信号处理电路的操作电源电位和具有相对简单的电路配置的公共电位。因此，例如，利用地电位作为公共电位可以改善抗噪性，并允许使用单一电源作为信号处理电路的操作电源。与其中使用正和负电源的情况相比，这能够减小电路的布局面积。结果，这可以减小生物测量识别设备的制造成本。
接下来，将参考图11来描述根据本发明第七实施例的生物测量识别设备。图11是示出了根据本发明第七实施例的生物测量识别设备的方框图。
在该实施例中，检测响应信号3S的相位作为波形信息，如同上述第六实施例中(见图9)。然而，第七实施例与第六实施例的不同在于设置参考电位提供单元6，以向检测元件1提供等于电源信号2S的中央电位的公共电位。与图9相同的参考符号表示图11中的相同或等价部件。
参考电位提供单元6是执行以下操作的电路检测由电源信号产生单元2所产生的电源信号2S的中央电位，产生等于中央电位的参考电位VB，以及向具有低阻抗的检测元件的检测电极11提供参考电位。在这种情况下，作为电源信号2S，使用每一个信号电路的操作电源电位VDD和地电位之间的中间电位，并且参考电位还变为等于该中间电位。
注意，波形信息检测单元4A包括参考信号产生电路42和相位比较电路43，但是不具有上述偏移校正电路41A。
接下来，将参考图12A到12D来描述根据该实施例的生物测量识别设备的操作。图12A到12D示出了在图11中的生物测量识别设备的各个组件见处的信号波形示例。
电源信号产生单元2的波形整形电路22产生并输出其中央电位与电路的操作电源电位VDD和地电位之间的中间电位一致的电源信号2S。参考电位电源单元6检测电源信号2S的中央电位，并向检测电极11提供等于检测到的电位的参考电位VB。利用该操作，不将DC电流施加到对象10，并且响应信号3S变为其中央电位与参考电位VB一致的信号。
在这种情况下，将参考电位VB用作用于相位比较电路43的参考电位，并且将响应信号3S直接输入到相位比较电路43，其中将响应信号3S的相位与参考信号42S的相位进行比较。
按照该方式，波形信息检测单元4A具有相位比较电路43，以便将响应信号3S的相位与参考信号425比较，从而检测根据对象10的固有容性分量而变化的相位，作为表示响应信号3S的波形的波形信息。通过使用与现有技术相比具有非常简单的电路配置的、如通用比较器或逻辑电路等相位比较电路，这能够精细地检测对象的电特性，在这种情况下表示对象10的固有阻抗的虚分量的信息，而无需要求较大面积的阻性元件或容性元件。结果，这可以容易地实现生物测量识别设备尺寸的减小并实现芯片的形成。
此外，由于从参考电位提供单元6提供等于电源信号2S的中央电位的参考电位作为检测元件1的公共电位，能够以利用单一电源而非正和负电源的相对简单的电路配置来获得具有与对象阻抗相对应的波形信息的所需检测信号。与其中使用正和负电源的情况相比，这能够减小电路的布局面积。结果，这可以减小生物测量识别设备的制造成本。
接下来，将参考图13来描述根据本发明第八实施例的生物测量识别设备。图13是示出了根据本发明第八实施例的生物测量识别设备的方框图。
在该生物测量识别设备中，波形信息检测单元4B检测响应信号3S的幅度作为上述波形信息，并输出包含波形信息的检测信号4BS。该实施例与第五实施例(见图7)的不同在于波形信息检测单元4B包括最大电压检测电路45。注意，与图7相同的参考符号表示图13中的相同或等价部件。
最大电压检测电路45根据其中央电位与如地电位等公共电位一致的响应信号3S，检测对象10的固有阻抗特性、与阻性分量相对应的幅度变化，并输出结果信息，作为检测信号4BS。最大电压检测电路45的实际示例包括抽样/保持电路等。注意，图13中的生物测量识别设备的配置与图7所示的配置相同，除了波形信息检测单元4B之外，并且这里将省略对其的详细描述。
将描述图13中的生物测量识别设备的操作。对象10通过检测元件1的检测电极11和12与电流电压转换电路31的输出级相连。在这种情况下，对象10的固有阻抗可以由连接在检测元件1的检测电极11和12之间的容性分量Cf和阻性分量Rf来表示。因此，从具有预定输出阻抗的电流电压转换电路31所施加的电源信号2S由电流电压转换电路31的输出阻抗和对象10的固有阻抗分压。然后，对象10中流动的电流根据对象10的固有阻抗发生相位或幅度变化。将这样的变化转换为电压，并输出为响应信号3S。
在该实施例中，波形信息检测单元4B的最大电压检测电路45输出包含响应信号3S的幅度峰值的检测信号4BS。
图14A到14D示出了图13的各个组件处的信号波形示例。电源信号产生单元2的波形整形电路22产生其中央电位与几乎在电路的操作电源电位VDD和地电位(0V＝GND)中间的电位VA一致的整形信号22S。然后，偏移去除电路23输出其中央电位与公共电位一致的电源信号2S。
利用该操作，响应信号3S变为其中央电位与公共电位一致的信号，并且幅度根据对象10的阻抗而变化。最大电压检测电路45检测响应信号3S的最大电压值，并输出表示与响应信号3S的幅度A成正比的DC电位的检测信号4BS。
按照该方式，波形信息检测单元4B具有最大电压检测电路45，检测根据对象10的固有阻性分量而变化的幅度，作为表示响应信号3S的波形的波形信息。通过使用与现有技术相比具有非常简单的电路配置的、如通用抽样/保持电路等峰值电压检测电路，这能够精细地检测对象的电特性，在这种情况下表示对象10的固有阻抗的实分量的信息，而无需要求较大面积的阻性元件或容性元件。结果，这可以容易地实现生物测量识别设备尺寸的减小并实现芯片的形成。
此外，由于由偏移去除电路23产生其中央电位与公共电位一致的电源信号2S并施加到对象10，当将地电位用作公共电位时，仅通过使最大电压检测电路45检测响应信号3S的最大电压，能够获得与对象10相对应的响应信号3S的幅度。因此，例如，利用地电位作为公共电位可以改善抗噪性，并允许使用单一电源作为信号处理电路的操作电源。与其中使用正和负电源的情况相比，这能够减小电路的布局面积。结果，这可以减小生物测量识别设备的制造成本。
接下来，将参考图15来描述根据本发明第九实施例的生物测量识别设备。图15是示出了根据本发明第九实施例的生物测量识别设备的方框图。
在该实施例中，检测响应信号3S的幅度作为波形信息，如同上述第八实施例中(见图13)。第九实施例与第八实施例的不同在于通过将响应信号3S的峰值电压值与中央电位值进行比较，波形信息检测单元4B检测响应信号3S的幅度。注意，与图7相同的参考符号表示图15中的相同或等价部件。
波形信息检测单元4B包括峰值电压检测电路46、中央电压检测电路47和电压比较电路48。峰值电压检测电路46检测响应信号3S的峰值电压值46S。中央电压检测电路47检测响应信号3S的中央电压值47S。电压比较电路48将峰值电压值46S与中央电压值47S进行比较，并根据其间的电压差来检测响应信号3S的幅度。然后，电压比较电路48输出包含检测到的幅度的检测信号4BS，作为波形信息。
注意，电源信号产生单元2包括频率产生电路21和波形整形电路22，但是不具有上述偏移去除电路23。
接下来，将参考图16A到16C来描述根据该实施例的生物测量识别设备的操作。图16A到16C示出了在图15中的生物测量识别设备的各个组件处的信号波形示例。
电源信号产生单元2的波形整形电路22输出其中央电位与几乎在电路的操作电源电位VDD和地电位(0V＝GND)之间的中间处的电位VA一致的电源信号2S。结果，将DC电流施加到对象10，并且响应信号3S变为包含由对象10的阻性分量Rf所引起的偏移的信号。
在该实施例中，波形信息检测单元4B具有峰值电压检测电路46和中央电压检测电路47，用于检测响应信号3S的峰值电压值46S和中央电压值47S，并且电压比较电路48通过对其进行比较来检测响应信号3S的幅度。在这种情况下，峰值电压值可以是响应信号3S的最大和最小电压值。
按照该方式，波形信息检测单元4B检测根据对象10的固有阻性分量而变化的幅度，作为表示响应信号3S的波形的波形信息。通过使用与现有技术相比具有非常简单的电路配置的、如通用抽样/保持电路等峰值电压检测电路，这能够精细地检测对象的电特性，在这种情况下表示对象10的固有阻抗的实分量的信息，而无需要求较大面积的阻性元件或容性元件。结果，这可以容易地实现生物测量识别设备尺寸的减小并实现芯片的形成。
此外，由于峰值电压检测电路46和中央电压检测电路47检测响应信号3S的峰值电压值46S和中央电压值47S，并且电压比较电路48通过对其进行比较来检测响应信号3S的幅度，可以检测响应信号3S的幅度，与响应信号3S的中央电位无关。因此，例如，利用地电位作为公共电位可以改善抗噪性，并允许使用单一电源作为信号处理电路的操作电源。与其中使用正和负电源的情况相比，这能够减小电路的布局面积。结果，这可以减小生物测量识别设备的制造成本。
在该实施例中，可以使用最大电压检测电路和最小电压检测电路来替代峰值电压检测电路46和中央电压检测电路47，并且电压比较电路48可以通过使用从这些电路中获得的响应信号3S的最大电压值和最小电压值来检测响应信号3S的幅度B，如图17A和17B所示。利用该结构，可以获得与以上所述相同的功能和效果。
以上所述的第五到第九实施例中的每一个已经举例说明了通过波形信息检测单元4(4A，4B)来检测相位差和幅度中的任一个的情况。然而，可以同时检测相位差和幅度，并且生物测量识别单元5可以根据各个检测信号来确定对象10是否为活体。这使其非常难以通过选择对象的材料和质量来单独地调节对象的实分量和虚分量，从而获得了防止利用人造手指等的欺骗性识别活动的高安全性。
在这种情况下，如果第五到第七实施例之一与第八和第九实施例组合，例如，可以通过使用地电位作为公共电位来改善抗噪性。此外，可以使用单一电源作为信号处理电路的操作电源。与其中使用正和负电源的情况相比，这能够减小电路的布局面积。结果，这可以减小生物测量识别设备的制造成本。
在这种情况下，在第八实施例(见图13)中，优选地，响应信号3S的中央电位与地电位一致，因此，第八实施例可以容易地与使用地电位作为公共电位的第五实施例(见图7)组合。在第九实施例中(见图15)，优选地，响应信号3S存在于操作电源电位和地电位之间，因此，可以容易地将第九实施例与第六实施例(见图9)和第七实施例(见图11)组合。
接下来，将参考图18来描述根据本发明第十实施例的生物测量识别设备。图18是示出了根据本发明第十实施例的生物测量识别设备的方框图。
该生物测量识别设备具有检测元件1、电源信号产生电路2、响应信号产生单元3、波形信息检测单元4、生物测量识别单元5、以及控制单元6。
在该实施例中，当要根据对象阻抗来执行生物测量识别时，根据表示阻抗的波形信息来执行生物测量识别，并且还根据在不同频率处检测到的多个生物测量信息来执行生物测量识别。注意，与第一实施例(见图1)相同的参考符号表示第十实施例中相同或等价的部件。
检测元件1通过检测电极与对象10电接触，并且将对象10的阻抗的容性和阻性分量与响应信号产生单元3相连。电源信号产生单元2根据来自控制单元6的频率控制信号61S，产生由具有预定频率的正弦波等所形成的电源信号2S，并将该信号输出到响应信号产生单元3。响应信号产生单元3将来自电源信号产生单元2的电源信号2S施加到检测元件1，并且向波形信息检测单元4输出根据检测元件1的输出阻抗(即对象10的阻抗的容性和阻性分量)而变化的响应信号3S。
波形信息检测单元4根据来自响应信号产生单元3的响应信号3S所表示的波形，检测电源信号2S的相位差或幅度，并且向生物测量识别单元5输出包含表示这样的相位差或幅度的波形信息的检测信号4S。生物测量识别单元5根据针对具有不同频率的每一个电源信号2S而获得的、来自波形信息检测单元4的检测信号4S中所包含的波形信息，识别/确定对象10是否为活体并输出识别结果5S。控制单元6包括CPU、逻辑电路等，并以预定定时输出频率控制信号61S和确定控制信号62S。
接下来，将描述根据该实施例的生物测量识别设备的操作。对象10通过检测元件1与响应信号产生单元3的输出级相连。在这种情况下，对象10的固有阻抗可以由通过检测元件1连接在响应信号产生单元3的输出级和如地电位等公共电位(低阻抗)之间的容性和阻性分量来表示。
因此，从具有预定输出阻抗的电流电压转换电路31所施加的电源信号2S由电流电压转换电路31的输出阻抗和对象10的固有阻抗分压。然后，对象10中流动的电流根据对象10的固有阻抗发生相位或幅度变化。将这样的变化转换为电压，并输出为响应信号3S。
将响应信号3S输入到波形信息检测单元4，其中检测相位或幅度的上述变化作为波形的信息，即波形信息。在这种情况下，如图19A到19D的波形图所示，可以通过利用诸如相位比较电路将与电源信号2S同步的参考信号的相位与响应信号3S比较，检测电源信号2S和响应信号3S之间的相位差φ。此外，如图20A到20C所示，通过利用如抽样/保持电路来测量响应信号3S的最大电压值，可以检测响应信号3S的幅度V。
从波形信息检测单元4中输出包含按照该方式检测到的波形信息的检测信号4S。
生物测量识别单元5将从包含在来自波形信息检测单元4的检测信号4S中的波形信息中所获得的识别索引值与表示可信活体的识别索引值的参考范围进行比较，以识别/确定对象10是否为活体。然后，生物测量识别单元5向对象10输出识别结果5S。
在这种情况下，生物测量识别单元5利用针对具有不同频率的每一个电源信号2S而获得的识别索引值，根据来自控制单元6的确定控制信号62S，确定对象10是否为活体。如果所有识别索引值落在参考范围内，则生物测量识别单元5输出表示对象10是可信活体的识别结果5S。如果识别索引值的任一个落在参考范围之外，则生物测量识别单元5输出表示对象10不是可信活体的识别结果5S。
如上所述，可信活体的阻抗可以由容性和阻性分量来表示。因此，阻抗的幅度随由于容性分量(即虚分量)造成的频率变化而改变。因此，如图21A到21D所示，在预定频率f＝f0和较高频率f＝f3(f0＜f3)，针对作为响应信号3S的波形信息而获得的电源信号2S的相位差φ会发生变化。此外，如图22A到22D所示，在频率f＝f0和频率f＝f3处，作为响应信号3S的波形信息而获得的幅度V会发生变化。
在将每一个识别索引值与参考范围比较时，生物测量识别单元5使用表示针对在其上获得每一个识别索引值(即电源信号2S的每一个频率f)的测量条件的可信活体的识别索引值的参考范围50，如图23所示。这可以利用针对对象10的不同测量条件来实现高精度的识别/确定，从而获得防止利用人造手指等欺骗性活动的高安全性。注意，可以将针对各个测量条件的参考范围预先设置在生物测量识别单元5中，或可以使用从控制单元6通知的信息。
按照该方式，波形信息检测单元4从根据对象10的阻抗而变化的响应信号3S中检测表示响应信号3S的波形的诸如相位差或幅度的波形信息，并且根据从波形信息中所获得的识别索引值来执行对象10的生物测量识别。通过使用与现有技术相比具有非常简单的电路配置的、如通用比较器或逻辑电路等相位比较电路，这能够精细地检测表示对象的电特性的信息，而无需要求较大面积的阻性元件或容性元件。结果，这可以容易地实现生物测量识别设备尺寸的减小并实现芯片的形成。
由于利用从具有不同频率的电源信号2S中获得的多个识别索引值来执行对象10的生物测量识别，难以伪造在各个频率处的阻抗。这能够利用针对对象10的不同测量条件来实现高精度的识别/确定，从而获得了防止利用人造手指等欺骗性活动的高安全性。
在这种情况下，利用多个离散选择的频率处的识别索引值作为用于获取识别索引值的测量条件，在这种情况下为频率，来执行生物测量识别。为此，不需要通过检测具有一定宽度的频率区域中的连续频率特性来执行确定。这能够缩短识别/确定操作所需的时间，并以简单的电路配置来获得充分的确定精度。
接下来，将参考图24来描述根据本发明第十一实施例的生物测量识别设备。图24是示出了根据本发明第十一实施例的生物测量识别设备的方框图。
第十实施例(见图18)已经举例说明了通过改变电源信号2S的频率来设置从对象10获取识别索引值的测量条件的情况。在第十一实施例中，通过改变从施加电源信号2S开始所经过的时间，设置从对象10中获取识别索引值的测量条件。注意，与图18相同的参考符号表示图24中相同或等价的部件。
控制单元6包括CPU、逻辑电路等，并以预定定时输出电源控制信号63S和确定控制信号64S。电源信号产生单元2根据来自控制单元6的提供控制信号63S，开始提供具有预定频率的电源信号2S。响应该操作，响应信号产生单元3开始通过检测元件1向对象10施加电源信号2S，并且向波形信息检测单元4输出根据对象10的阻抗发生相位和幅度改变的响应信号3S。波形信息检测单元4根据来自控制单元6的提供控制信号63S，从响应信号3S中检测表示电源信号2S的相位差或幅度的波形信息，并输出该信息作为检测信号4S。注意，波形信息检测单元4的操作与以上所述相同，因此这里省略对其的描述。
生物测量识别单元5将由波形信息检测单元4从检测信号4S中获得的识别索引值与表示在来自控制单元6的确定控制信号64S所指定的定时处(即从施加电源信号2S开始的每一个所经过的不同时间处)可信活体的识别索引值的参考范围进行比较。如果所有识别索引值落在参考范围内，输出表示对象10是可信活体的识别结果5S。如果识别索引值的任一个落在参考范围之外，输出表示对象10不是可信活体的识别结果5S。
如上所述，可信活体的阻抗可以由容性和阻性分量来表示。在这种情况下，由于来自活体的皮肤的排汗等，检测元件1和活体之间的接触电阻随着时间发生变化。结果，当从检测元件1来看时，对象10的阻抗会发生变化。因此，如图25A到25C所示，作为响应信号3S的波形信息而获得的针对电源信号2S的相位差φ，在从对象10与检测元件1相接触之后施加电源信号2S开始的经过时间T＝T0和长于经过时间T＝T0的经过时间T＝T3(T0＜T3)之间，发生变化。此外，如图26A到26C所示，作为响应信号3S的波形信息而获得的幅度V，也在经过时间T＝T0和经过时间T＝T3之间，发生变化。
在将每一个识别索引值与参考范围进行比较时，生物测量识别单元5使用表示在其上获得每一个识别索引值(即从施加电源信号2S开始的每一个经过时间T)的测量条件的可信活体的识别索引值的参考范围51，如图27所示。这可以利用针对对象10的不同测量条件来实现高精度的识别/确定，从而获得防止利用人造手指等的欺骗性活动的高安全性。注意，可以将针对各个测量条件的参考范围预先设置在生物测量识别单元5中，或可以使用从控制单元6通知的信息。
按照该方式，波形信息检测单元4从根据对象10的阻抗已经变化的响应信号3S中检测表示响应信号3S的波形的诸如相位差或幅度的波形信息，并且根据从波形信息中所获得的识别索引值来执行对象10的生物测量识别。通过使用与现有技术相比具有非常简单的电路配置的诸如通用比较器或逻辑电路等相位比较电路，这能够精细地检测表示对象的电特性的信息，而无需要求较大面积的阻性元件或容性元件。结果，这可以容易地实现生物测量识别设备尺寸的减小并实现芯片的形成。
由于利用在从施加电源信号2S开始的各个经过时间处所获得的多个识别索引值来执行对象10的生物测量识别，可以实现利用针对对象10的不同测量条件的高精度识别/确定，从而获得了防止利用人造手指等的欺骗性活动的高安全性。
在这种情况下，利用多个离散选择的经过时间处的识别索引值作为用于获取识别索引值的测量条件，在这种情况下为经过时间，来执行生物测量识别。为此，不需要通过检测具有一定宽度的经过时间区域中的连续经过时间特性来执行确定。这能够缩短识别/确定操作所需的时间，并以简单的电路配置来获得充分的确定精度。
上述第十和第十一实施例的每一个已经举例说明了以下情况在利用多个识别索引值执行综合确定/识别时，仅当所有识别索引值落在参考范围内时，生物测量识别单元5确定对象10是否为可信活体。然而，本发明并不局限于此。例如，可以根据与识别索引值的数量有关的条件、确定落在参考范围内的诸如一次、预定次数或更多、或大部分的各个识别索引值来执行综合识别/确定。这可以执行抗偶然噪声等的稳定识别/确定。
上述第十和第十一实施例的每一个已经举例说明了以下情况当将每一个识别索引值与参考范围进行比较时，使用与每一个测量条件相对应的参考范围。然而，可以使用涵盖在各个测量条件下所获得的可信活体的识别索引值的公共参考范围。与利用多个参考范围来执行确定的情况相比，这能够简化电路配置。
根据使生物测量识别单元5利用多个识别索引值来执行综合确定/识别的另一方法相比，可以通过统计处理来获得各个识别索引值的代表值，并且可以通过将该代表值与表示可信活体的识别索引值的参考范围进行比较来执行确定识别。作为该代表值，可以使用各种统计值，例如平均值、中值、最大值和最小值。这能够利用一个参考范围来执行确定，因此与利用多个参考范围来执行确定的情况相比，简化了电路配置。此外，利用根据多个识别索引值所获得的诸如平均值或中值等统计值可以实现抗偶然噪声的稳定识别/确定。
第十和第十一实施例的每一个已经举例说明了以下情况通过改变电源信号2S的频率或从施加电源信号开始的经过时间来设置测量条件。然而，可以根据通过组合这些测量条件所获得的多个识别索引值来执行生物测量识别。这能够以更高精度和安全性来实现生物测量识别。注意，测量条件并不局限于电源信号2S的频率和经过时间，并且可以使用其他测量条件。
另外，每一个第十和第十一实施例已经举例说明了以下情况作为响应信号3S的波形信息，使用相位差和幅度。然而，波形信息检测单元4可以同时检测两项波形信息，并且生物测量识别单元5可以针对根据两项波形信息所获得的各个识别索引值来执行识别/确定。这可以以更高精度和安全性来实现生物测量识别。
接下来，将参考图28来描述根据本发明第十二实施例的生物测量识别设备。图28是示出了根据本发明第十二实施例的生物测量识别设备的方框图。
该生物测量识别设备具有检测元件1、电源信号产生电路2、响应信号产生单元3、波形信息检测单元4、以及生物测量识别单元5。
检测元件1通过检测电极与对象10电接触，并且将对象10的阻抗的容性和阻性分量与响应信号产生单元3相连。电源信号产生单元2包括频率产生电路2A和波形整形电路2B。所述电源信号产生单元2通过从由频率产生电路2A所产生的具有预定频率的矩形波信号20S中提取所需的频率分量，产生AC电源信号2S，并将该信号输出到响应信号产生单元3。响应信号产生单元3将来自电源信号产生单元2的电源信号2S通过电流电压转换电路3A施加到检测元件1，并且向波形信息检测单元4输出根据检测元件1的输出阻抗(即对象10的阻抗的容性分量Cf和阻性分量Rf)而变化的响应信号3S。
波形信息检测单元4根据来自响应信号产生单元3的响应信号3S所表示的波形，检测电源信号2S的相位差或幅度，并且向生物测量识别单元5输出包含表示该相位差或幅度的波形信息的检测信号4S。在这种情况下，波形信息检测单元4可以通过使相位比较器等将响应信号3S的相位与诸如电源信号等预定参考信号的相位进行比较，检测根据对象10的固有容性分量而变化的相位，作为表示响应信号3S的波形的波形信息。可选地，波形信息检测单元4可以利用比较器等来检测根据对象10的阻性分量而变化的幅度，作为表示响应信号3S的波形的波形信息。
生物测量识别单元5根据来自波形信息检测单元4的检测信号4S中所包含的波形信息，识别/确定对象10是否为活体并输出识别结果5S。
接下来，将描述根据该实施例的生物测量识别设备的操作。当对象10与检测元件1的端子11和12相接触时，从电源信号产生单元2施加到检测元件1的电源信号2S根据对象10的固有阻抗(即容性分量Cf和阻性分量Rf)而变化。从响应信号产生单元3输出结果信号，作为响应信号3S。由波形信息检测单元4从响应信号3S中检测相位差或幅度。并且将包含表示检测结果的信息的检测信号4S输出到生物测量识别单元5。
生物测量识别单元5根据检测信号4S中所包含的波形信息是否落在可信活体的波形信息的参考范围内，识别/确定对象10是否为活体，并输出识别结果5S。
如上所述，在该实施例中，提供波形信息检测单元4以检测表示响应信号3S的相位差或幅度的波形阻抗，从而检测表示对象10的固有阻抗的实分量或虚分量的信息。然后，生物测量识别单元5根据检测到的信息，识别对象10是否为活体。与现有技术相比，利用相对简单的检测波形信息的电路配置，可以接近地查验对象的电特性，而无需如晶体管、电感和电容等任何外部组件。结果，这能够实现生物测量识别设备的尺寸的减小以及实现芯片的形成。
此外，由于波形信息检测单元4检测表示针对响应信号3S的相位差的波形信息或幅度而无需使用与对象10的任何阻抗匹配，因此，不需要使用没有任何失真的高精度正弦波信号作为电源信号2S。因此，在该实施例中，电源信号产生单元2通过使波形整形电路2B从由频率产生电路2A所产生的矩形波信号20S中提取所需的频率分量，产生由伪正弦波形成的电源信号2S。与其中产生高精度正弦波信号的电路相比，这能够极大地减小电路配置尺寸。结果，这能够实现生物测量识别设备的尺寸的减小和芯片的形成。
图29示出了波形整形电路2B的电路配置示例。波形整形电路2B包括第一驱动电路21、低通滤波器22和第二驱动电路23。
第一驱动电路21由如逆变器电路等用于驱动后续电路的缓冲电路形成。第一驱动电路21接收从频率产生电路2A输出的矩形波信号20S，并且输出具有低阻抗的矩形波信号21S。注意，例如，作为频率产生电路2A，可以使用利用石英振荡器的已知脉冲产生电路。
作为低通滤波器22，可以使用如图30所示的RC低通滤波器。尽管该电路示例包括阻性元件R和容性元件C，但是低通滤波器可以具有仅利用电路中的潜在的电容或电阻的配置。低通滤波器22从矩形波信号21S中提取所需频率分量，并且获得通过圆滑矩形脉冲而得到的波形的低通信号22S。
第二驱动电路23由用于驱动后续电路的电路形成，如同第一驱动电路21的情况，并且输出从低通滤波器22输出的信号，作为具有低阻抗的电源信号2S。例如，作为第二驱动电路23，阻抗转换电路具有差分放大电路的反向输入与输出相连的配置。
如上所述，由于使用从矩形波信号20S中提取所需低频分量的低通滤波器22作为波形整形电路2B，例如，可以由阻性元件R和容性元件C所构成的非常简单的电路配置来获得所需电源信号2S。这可以实现生物测量识别设备的减小和芯片的形成。
此外，传统数字波形产生电路需要使用A/D转换器和存储器，每一个均需要几个平方毫米的安装面积。相反，根据该实施例，可以将电路安装在几十平方微米的面积中。
接下来，将参考图31来描述根据本发明第十三实施例的生物测量识别设备。图31是示出了根据本发明第十三实施例的生物测量识别设备中所使用的波形整形电路2B的电路配置示例。根据该实施例的生物测量识别设备等价于其中使用了图31所示的波形整形电路2B的、图28所示的上述生物测量识别设备。该实施例的配置与上述配置相同，除了波形整形电路2B之外，因此这里将省略对其的描述。
波形整形电路2B的配置与图29中的上述生物测量识别设备相同，除了添加了限幅电路24和放大电路25之外。与图29中相同的参考符号表示图31中相同或等价的部件。
限幅电路24是限制矩形波信号21S的幅度的电路，并输出矩形波受限信号24S。放大电路25是用于放大从低通滤波器22中获得的信号并向第二驱动电路23输出结果信号作为放大信号25S的电路。
利用该操作，幅度小于矩形波信号21S的受限信号24S通过低通滤波器22。这能够减小低通滤波器22中所使用的阻性元件的电阻值和容性元件的电容值，因此减小了在芯片上形成电路元件所需的布局面积。
图32示出了限幅电路的电路配置示例。限幅电路24包括反相电路200、第一参考电压产生电路201、第二参考电压产生电路202、第一开关元件211和第二开关元件212。
反相电路200通过反相其逻辑值来输出矩形波信号21S。第一开关元件211根据来自反相电路200的反相输出来执行切换(开/关)操作，并且从第一参考电压产生电路201中间歇地输出第一参考电压Vref1，作为受限信号24S。第二开关元件212根据矩形波信号21S执行切换(开/关)操作，并且从第二参考电压产生电路202中间歇地输出第二参考电压Vref2，作为受限信号24S。
如图33所示，将第一参考电压Vref1设置在输入矩形波信号21S的中央电位V3和第一公共电位V1(低电平电位)之间的电位处，并且将第二参考电压Vref2设置在输入矩形波信号21S的中央电位V3和第二公共电位V2(高电平电位V2＞V1)之间的电位处。注意，作为这些公共电位，使用如各种电源电位等低阻抗电位。
在这种情况下，由于第一开关元件211和第二开关元件212受到相反的逻辑信号的控制，其按照相反的相位来执行切换操作。结果，如图33所示，在相反的时刻处交替地输出第一参考电压Vref1和第二参考电压Vref2。将矩形波信号21S的幅度限制在第一参考电压Vref1和第二参考电压Vref2之间的值，并且输出结果信号作为受限信号24S。
按照该方式，在反相电路200中，使两个开关元件211和212交替地执行切换操作以交替地输出第一参考电压Vref1和第二参考电压Vref2。这能够以非常简单的电路配置来限制矩形波信号21S的幅度，从而减小了电路的布局面积。
注意，作为开关元件211和212，可以使用如MOSFET等半导体元件。
接下来，将参考图34来描述根据本发明第十四实施例的生物测量识别设备。图34示出了在根据本发明第十四实施例的生物测量识别设备中所使用的限幅电路24的电路配置示例。根据该实施例的生物测量识别设备等价于其中具有图31的波形整形电路2B且还使用图34中的限幅电路24作为限幅电路24的、图28中的上述生物测量识别设备。注意，除了限幅电路24之外，该实施例的配置与上述相同，并且这里省略对其的描述。
限幅电路24与图32中的上述限幅电路的不同在于其使具有不同极性(控制逻辑)的两个开关元件在相反的定时处交替地执行切换操作，而不是使两个开关元件211和212在反相电路200中执行切换操作。
限幅电路24包括第一参考电压产生电路201、第二参考电压产生电路202、第一开关元件221和第二开关元件222。参考图34，使用n型MOSFET作为第一开关元件221，并使用p型MOSFET作为第二开关元件222，具有不同的极性(控制逻辑)。
将矩形波信号21S公共地输入到第一开关元件221和第二开关元件222的控制端子(栅极端子)。其输出端子(漏极端子)共同相连并输出受限信号24S。第一参考电压产生电路201和第二参考电压产生电路202分别与开关元件的输入端子(源极端子)分别相连。
由于两个开关元件211和222具有不同极性，当矩形波信号21S处于低电平(V1)时，将第一开关元件221设置为高阻抗，而将第二开关元件222设置为低阻抗。结果，输出第二参考电压Vref2作为受限信号24S。当将矩形波信号21S设置在高电平(V2)，由于第一开关元件221设置为低阻抗，并且将第二开关元件222设置为高阻抗，输出第一参考电压Vref1作为受限信号24S。
利用该操作，矩形波信号21S的幅度受到限制以获得如图33所示的受限信号24S。
与图32中的电路配置相比，利用具有不同极性的两个开关元件根据矩形波信号21S在相反的定时处交替执行切换操作能够进一步简化限幅电路的电路配置，从而减小了电路的布局面积。
接下来，将参考图35来描述根据本发明第十五实施例的生物测量识别设备。图35示出了根据本发明第十五实施例的生物测量识别设备中使用的波形整形电路2B的电路配置示例。根据该实施例的生物测量识别设备等价于其中使用了图35所示的波形整形电路2B的、图28所示的上述生物测量识别设备。注意，除了波形整形电路2B之外，该实施例的配置与上述配置相同，因此这里将省略对其的描述。
波形整形电路2B的配置与图29中的上述波形整形电路的配置相同，除了使用限幅低通滤波器26来替代低通滤波器22之外，并且添加了放大电路25。与图29中相同的参考符号表示图25中相同和等价的部件。
限幅低通滤波器26是同时具有限制矩形波信号21S的幅度的限幅电路24的功能和提取所需频率分量的低通滤波器22的功能的电路。
图36示出了限幅低通滤波器26的电路配置示例。限幅低通滤波器26包括第一开关元件231、第二开关元件232、第一阻性元件233和第二阻性元件234。
参考图36，使用n型MOSFET作为第一开关元件231，以及使用p型MOSFET作为第二开关元件232，具有不同的极性(控制逻辑)。作为第一阻性元件233和第二阻性元件234，可以使用多晶硅电阻器或MOSFET。
将矩形波信号21S公共地输入到第一开关元件231和第二开关元件232的控制端子(栅极端子)。其输出端子(漏极端子)彼此相连并从中输出受限信号26S。第一开关元件231的输入端子(源极端子)通过第一阻性元件233与第一公共电位V1相连。第二开关元件232的输入端子(源极端予)通过第二阻性元件234与第一公共电位V2相连。
两个开关元件231和232具有不同极性。因此，当矩形波信号21S设置在低电平(V1)时，将第一开关元件231设置为高阻抗，而将第二开关元件232设置为低阻抗。结果，如图37所示，输出从第二公共电位V2中减去由于第二阻性元件234而引起的电压降Vr2所获得的受限电位Vp2，作为受限信号26S。
在这种情况下，由于通过针对第二公共电位V2的第二阻性元件234将第二开关元件232设置为低阻抗，输出端子的电位逐渐变化。结果，切断了高频分量，并且对矩形波信号21S的波形进行圆滑以获得受限信号26S。
当矩形波信号21S设置在高电位(V2)时，第一开关元件231被设置为低阻抗，而将第二开关元件232设置为高阻抗。结果，如图37所示，输出通过将由于第一阻性元件233的电压降Vr1加到第一公共电位V1上所获得的受限电位Vp1，作为受限信号26S。
同样，在这种情况下，由于通过针对第一公共电位V1的第一阻性元件233将第一开关元件231设置为低阻抗，输出端子的电位逐渐变化。结果，切断了高频分量，并且对矩形波信号21S的波形进行圆滑以获得受限信号26S。
使具有不同极性的两个开关元件根据矩形波信号21S在相反的定时处交替执行切换操作并按照该方式通过电阻器交替地输出两个电位能够同时实现限制矩形波信号21S的功能和从矩形波信号21S提取所需低频分量的功能。与图31中的上述电路配置相比，这能够进一步简化波形整形电路的电路配置，从而减小了电路的布局面积。

接下来，将参考图38来描述根据本发明第十六实施例的生物测量识别设备。图38示出了根据本发明第十六实施例的生物测量识别设备中使用的限幅电路低通滤波器的电路配置示例。根据该实施例的生物测量识别设备等价于其中使用了图35所示的波形整形电路2B并且还使用限幅低通滤波器作为限幅低通滤波器26的、图28所示的上述生物测量识别设备。注意，除了限幅低通滤波器26之外，该实施例的配置与上述配置相同，因此这里将省略对其的描述。
限幅低通滤波器26包括第一参考电压产生电路201、第二参考电压产生电路202、第一开关元件241和第二开关元件242。
将第一参考电压Vref1提供给第一开关元件241的控制端子(栅极端子)。将矩形波信号21S输入到第一开关元件241的输入端子(源极端子)。将第二参考电压Vref2提供给第二开关元件242的控制端子(栅极端子)。第一开关元件241的输出端子(漏极端子)与第二开关元件242的输入端子(源极端子)相连。
参考图38，使用p型MOSFET作为第一开关元件241，而使用n型MOSFET作为第二开关元件242，具有不同极性(控制逻辑)。
如图39所示，将第一参考电压Vref1设置在输入矩形波信号21S的中央电位V3和第一公共电位V1(低电平电位)之间的电位处，并且将第二参考电压Vref2设置在输入矩形波信号21S的中央电位V3和第二公共电位V2(高电平电位V2＞V1)之间的电位处。注意，作为这些公共电位，使用如各种电源电位之一的低阻抗电位。
因此，当将矩形波信号21S设置在地电位(V1)处时，将第一开关元件241的输入端子(源极端子)设置在第一公共电位V1处。由于第一开关元件241的控制端子(栅极端子)处于第一参考电压Vref1，因此将第一开关元件241设置在高阻抗状态。结果，将第一开关元件241的输出端子(漏极端子)设置在通过将第一开关元件241的阈值电压Vth1加到第一参考电压Vref1上所获得的受限电位Vp1处。
另外，由于第二开关元件242的控制端子(栅极端子)处于接近于第二公共电位V2且高于受限电位Vp1的第二参考电压Vref2，因此将第二开关元件242设置在低阻抗状态。结果，将从第二开关元件242的输出端子(漏极端子)输出的受限信号26S设置在第一开关元件241的输出端子(漏极端子)的受限电位Vp1处。
当将矩形波信号21S设置在高电平(V2)处时，第一开关元件241的输入端子(源极端子)设置在第二公共电位V2处。由于第一开关元件241的控制端子(栅极端子)处于第一参考电压Vref1处，则将第一开关元件241设置在低阻抗状态。结果，将第一开关元件241的输出端子(漏极端子)设置在第二公共电位V2处。
结果，将第二开关元件242的输入端子(源极端子)设置在第二公共电位V2处。由于第二开关元件242的控制端子(栅极端子)处于第二参考电压Vref2，因此将第二开关元件242设置在高阻抗状态。由此，将第二开关元件242的输出端子(漏极端子)设置在通过从第二参考电压Vref2中减去第二开关元件242阈值电压Vth2所获得的受限电位Vp2处。
因此，输入矩形波信号21S的幅度限制于受限电位Vp1和受限电位Vp2之间的值，并且输出结果信号作为受限信号26S。
在这种情况下，当矩形波信号21S从低电平(V1)移位到高电平(V2)时，第一开关元件241在相对较短的时间段内从高阻抗状态变化到低阻抗状态。另一方面，由于第二开关元件242的控制端子(栅极端子)处于低于输入端子(源极端子)的第二公共电位V2的第二参考电位Vref2处，开关元件的驱动力会减小。结果，第二开关元件242需要时间从低阻抗状态变化到高阻抗状态。
相反，当矩形波信号21S从高电平(V2)移位到低电平(V1)时，由于第一开关元件241的控制端子(栅极端子)处于高于输入端子(源极端子)的第一公共电位V1的第一参考电压Vref1处，因此，开关元件的驱动力会减小。结果，第一开关元件241需要时间从低阻抗状态变化到高阻抗状态。
因此，受限信号26S的电位随着矩形波信号21S的阻抗的移位而逐渐变化。结果，切断了高频分量，并且对矩形波信号21S的波形进行圆滑以获得受限信号26S。
按照该方式，具有不同极性的开关元件相串联，并且将第一和第二参考电压单独地提供给各个元件的控制端子，以便根据矩形波信号21S在相反的时刻处交替执行切换操作。这能够同时实现限制矩形波信号21S的幅度的功能和从矩形波信号21S提取所需低频分量的功能。结果，这能够简化波形整形电路的电路配置并减小了电路的布局面积。
接下来，将参考图40来描述根据本发明第十七实施例的生物测量识别设备。图40是示出了根据本发明第十七实施例的生物测量识别设备的配置的方框图。与如28相同的参考符号表示图40中相同或等价的部件。
该生物测量识别设备具有与如上所述的第十二实施例的生物测量识别设备相同的配置，除了该设备具有指示要由电源信号产生单元2产生的电源信号2S的频率控制单元6。注意，其他配置与第十二实施例相同，因此，省略对其的描述。
频率控制单元6包括CPU和逻辑电路，并在预定定时处输出频率控制信号6S。电源信号产生单元2产生具有由频率控制信号6S所指定的频率的电源信号2S。
利用该操作，生物测量识别单元5利用针对具有不同频率的每一个电源信号2S而获得的识别索引值，确定对象10是否为活体。如果所有识别索引值落在参考范围内，则生物测量识别单元5输出表示对象10是可信活体的识别结果5S。如果识别索引值的任一个落在参考范围之外，则生物测量识别单元5输出表示对象10不是可信活体的识别结果5S。
由于利用从具有不同频率的电源信号2S中获得的多个识别索引值来执行对象10的生物测量识别，难以伪造在各个频率处的阻抗。这能够利用针对对象10的不同测量条件来实现高精度的识别/确定，从而获得了防止利用人造手指等欺骗性活动的高安全性。
在这种情况下，利用多个离散选择的频率处的识别索引值作为用于获取识别索引值的测量条件，在这种情况下为频率，来执行生物测量识别。为此，不需要通过检测具有一定宽度的频率区域中的连续频率特性来执行确定。这能够缩短识别/确定操作所需的时间，并以简单的电路配置来获得充分的确定精度。
接下来，将参考图41来描述波形整形电路2B。频率产生电路2A产生具有由频率控制信号6S所指示的频率的矩形波信号20S。为此，波形整形电路2B必须执行波形整形处理，以便即使当根据频率控制信号6S输入的矩形波信号20S的频率发生改变时，也使电源信号2S的幅度保持恒定。
图41中的波形整形电路2B利用可变低通滤波器27来替代以上所述的图29中的波形整形电路的低通滤波器来处理每一个频率。
图42示出了可变低通滤波器27的配置示例。可变低通滤波器27分别使用可变电阻电路RV和可变电容电路CV来替代图30中的低通滤波器的阻性元件R和容性元件C，并根据频率控制信号6S从可变元件控制电路250中输出选择信号60S，从而控制可变电阻电路RV和可变电容电路CV。
这允许使用具有与拥有不同频率的每一个矩形波信号20S相对应的时间常数的低通滤波器。因此，即使当输入矩形波信号20S的频率改变时，也可以获得具有恒定幅度的低频信号27S。结果，在其幅度保持恒定的同时，可以输出电源信号2S。
图43示出了可变电容电路CV的配置示例。该可变电容电路CV具有多个电容电路261，每一个均由彼此串联的容性元件和开关构成。由选择电路260根据选择信号60S来选择电容电路261中的至少一个。
注意，可以通过用阻性元件来替代可变电容电路CV的容性元件来实现可变阻性电路RV。尽管该电路示例由可变阻性电路RV和可变电容电路CV构成，但是该电路可以具有仅使用电路中潜在的电容和电阻的配置。
图44A到44C是示出了波形整形电路2B的操作的信号波形图。在这种情况下，为了易于理解，假定可变电阻电路RV的电阻值是恒定的。
图44A示出了矩形波信号20S是第一频率f1，并且可变电容电路CV的电容值是C1的情况。假设A是在这种情况下所使用的的电源信号2S的幅度。
图44B示出了矩形波信号20S是第二频率f2(f2＞f1)的情况。在这种情况下，第二频率f2高于第一频率f1。因此，如果可变电容电路CV的电容值保持为C1，则低通滤波器的时间常数不发生变化。随着频率增加，信号的衰减增加。所获得的的电源信号2S的幅度变为小于A的B。
因此，如果电源信号2S根据频率的变化而改变，则不能够通过生物测量识别单元5来精确地识别对象10的频率依赖性。
为此，当可变电容电路CV的电容值根据频率f2而改变到C2(C2＜C1)时，低通滤波器的时间常数也改变。结果，如图44C所示，获得了具有与第一频率处所设置的幅度相同幅度A的电源信号2S。
按照该方式，波形整形电路2B具有可变低通滤波器27，以根据表示矩形波信号20S的频率的频率控制信号6S来调节低通滤波器的时间常数。因此，即使矩形波信号20S的频率改变，也能够产生具有所需幅度的电源信号2S。这能够通过使用生物测量识别单元5来精确地检测频率依赖性。结果，通过使用针对对象10的不同测量条件，这能够实现高精度的识别/确定，从而获得了防止使用人造指纹等欺骗性识别活动的高安全性。
以上描述已经举例说明了使用抽象的第一公共电位V1和第二公共电位V2作为电路的操作电位的情况。然而，作为这些公共电位，可以使用任意电位，只要其满足V2＞V1。更具体地，可以使用地电位作为第一公共电位V1，并且可以使用高于地电位的电源电位作为第二公共电位V2。
权利要求
1.一种生物测量识别设备，包括检测元件，与对象电接触；电源信号产生单元，用于产生AC电源信号；响应信号产生单元，包括连接在所述电源信号产生单元和所述检测元件之间的阻性元件，用于将电源信号通过所述阻性元件施加到所述检测元件，从阻性元件的一个端子中提取包含根据对象是否为活体而改变的、不少于一个的个体参数的响应信号，并输出所述信号；波形信息检测单元，从响应信号中检测至少一个个体参数作为波形信息，并且输出表示波形信息的检测信号；以及生物测量识别单元，根据所述检测信号确定对象是否为活体。
2.根据权利要求1所述的生物测量识别设备，其特征在于所述个体参数包括根据所述设备通过所述检测元件与其相接触的对象的阻抗而改变的响应信号的相位和幅度。
3.根据权利要求2所述的生物测量识别设备，其特征在于所述波形信息检测单元检测所述电源信号和响应信号之间的相位差，作为波形信息。
4.根据权利要求2所述的生物测量识别设备，其特征在于所述波形信息检测单元检测与响应信号的幅度峰值相对应的检测信号，作为波形信息。
5.根据权利要求2所述的生物测量识别设备，其特征在于所述波形信息检测单元单独地检测表示响应信号的相位的波形信息和表示响应信号的幅度的波形信息；以及所述生物测量识别单元根据表示所述波形信息项的各个检测信号来确定对象是否为活体。
6.根据权利要求1所述的生物测量识别设备，其特征在于所述个体参数包括所述设备通过所述检测元件与其相接触的对象的阻抗的实分量和虚分量。
7.根据权利要求6所述的生物测量识别设备，其特征在于所述波形信息检测单元检测所述电源信号和响应信号之间的相位差，作为表示虚分量的波形信息。
8.根据权利要求6所述的生物测量识别设备，其特征在于所述波形信息检测单元检测所述响应信号的幅度峰值，作为表示实分量的波形信息。
9.根据权利要求3所述的生物测量识别设备，其特征在于所述检测元件包括第一检测电极，用于与对象电接触并与预定公共电位相连；以及第二检测电极，用于与对象电接触；所述电源信号产生单元包括偏移去除电路，用于输出AC电源信号，作为从中去除了偏移以使中央电位与公共电位一致的电源信号；所述响应信号产生单元将所述电源信号施加到所述检测元件的第二检测电极，并且输出作为根据对象阻抗发生相位变化的响应信号的信号；所述波形信息检测单元包括电平移位电路，用于对响应信号进行电平移位，以使响应信号的中央电位与和电源信号同步的参考信号的中央电位一致，检测通过将参考信号的相位与由电平移位电路电平移位后的响应信号进行比较所获得的相位差，作为响应信号的波形信息，并输出表示波形信息的检测信号；以及所述生物测量识别单元根据检测信号的波形信息来确定对象是否为活体。
10.根据权利要求3所述的生物测量识别设备，其特征在于所述检测元件包括第一检测电极，用于与对象电接触并与预定公共电位相连；以及第二检测电极，用于与对象电接触；所述响应信号产生单元将所述电源信号施加到所述检测元件的第二检测电极，并输出其相位已经根据所述设备通过所述检测元件与其相接触的对象的阻抗而改变的信号，作为响应信号；所述波形信息检测单元包括偏移校正电路，用于校正响应信号中的偏移以使响应信号的中央电位与用于相位比较的预定参考电位一致，并检测通过将与电源信号同步的参考信号的相位与由偏移校正电路校正后的响应信号的相位进行比较所获得的相位差，作为响应信号的波形信息，以及所述生物测量识别单元根据检测信号的波形信息来确定对象是否为活体。
11.根据权利要求3所述的生物测量识别设备，其特征在于还包括参考电位提供单元，用于向所述检测元件的第一检测电极提供等于电源信号的中央电位的参考电位；所述检测元件包括第一检测电极，用于与对象电连接并与预定公共电位相连；以及第二检测电极，用于与对象电接触；所述响应信号产生单元将所述电源信号施加到所述检测元件的第二检测电极，并且输出其相位已经根据所述设备通过所述检测元件与其相接触的对象的阻抗而改变的信号，作为响应信号；所述波形信息检测单元包括电平移位电路，用于检测通过将与电源信号同步的参考信号的相位与响应信号的相位进行比较所获得的相位差，作为响应信号的波形信息；以及所述生物测量识别单元根据检测信号的波形信息来确定对象是否为活体。
12.根据权利要求4所述的生物测量识别设备，其特征在于所述检测元件包括第一检测电极，用于与对象电接触并与预定公共电位相连；以及第二检测电极，用于与对象电接触；所述电源信号产生单元包括偏移去除电路，用于输出通过从电源信号中去除偏移以使电源信号的中央电位与公共电位一致所获得的AC电源信号；所述响应信号产生单元将所述电源信号施加到所述检测元件的第二检测电极，并输出其相位已经根据所述设备通过所述检测元件与其相接触的对象的阻抗而改变的信号，作为响应信号；所述波形信息检测单元包括最大电压检测电路，用于检测响应信号的最大电压值作为幅度，以及检测通过最大电压检测单元所获得的的幅度作为响应信号的波形信息；以及所述生物测量识别单元根据检测信号的波形信息来确定对象是否为活体。
13.根据权利要求4所述的生物测量识别设备，其特征在于所述检测元件包括第一检测电极，用于与对象电连接并与预定公共电位相连；以及第二检测电极，用于与对象电接触；所述响应信号产生单元将所述电源信号施加到所述检测元件的第二检测电极，并且输出其幅度已经根据所述设备通过所述检测元件与其相接触的对象的阻抗而改变的信号，作为响应信号；所述波形信息检测单元包括峰值电压检测电路，用于检测响应信号的峰值电压值；中央电压检测电路，用于检测响应信号的中央电压值；以及电压比较电路，用于通过将峰值电压值与中央电压值进行比较来检测响应信号的幅度，以及检测由电压比较电路检测到的幅度作为响应信号的波形信息；以及所述生物测量识别单元根据检测信号的波形信息来确定对象是否为活体。
14.根据权利要求4所述的生物测量识别设备，其特征在于所述检测元件包括第一检测电极，用于与对象电连接并与预定公共电位相连；以及第二检测电极，用于与对象电接触；所述响应信号产生单元将所述电源信号施加到所述检测元件的第二检测电极，并且输出其幅度已经根据所述设备通过所述检测元件与其相接触的对象的阻抗而改变的信号，作为响应信号；所述波形信息检测单元包括最大电压检测电路，用于检测响应信号的最大电压值；最小电压检测电路，用于检测响应信号的最小电压值；以及电压比较电路，用于将最大电压值与最小电压值进行比较以检测所述幅度，并检测所述幅度，作为响应信号的波形信息；以及所述生物测量识别单元根据检测信号的波形信息来确定对象是否为活体。
15.根据权利要求1所述的生物测量识别设备，其特征在于所述生物测量识别单元通过将从检测信号的波形信息中所获得的识别索引值与在多个测量条件下所获得的多个识别索引值参考值的参考范围进行比较，来确定对象是否为活体。
16.根据权利要求15所述的生物测量识别设备，其特征在于所述生物测量识别单元根据分别针对具有由所述电源信号产生单元所产生的不同频率的电源信号而获得的多个识别索引值，来执行所述确定。
17.根据权利要求15所述的生物测量识别设备，其特征在于所述生物测量识别单元根据分别针对从施加电源信号开始的不同经过时间而获得的多个识别索引值，来执行所述确定。
18.根据权利要求15所述的生物测量识别设备，其特征在于当将所述每一个识别索引值与参考范围进行比较时，所述生物测量识别单元使用与在其上获得每一个识别索引值的测量条件相对应的个体参考范围。
19.根据权利要求15所述的生物测量识别设备，其特征在于所述波形信息检测单元检测响应信号和与电源信号同步的参考信号之间的相位差，作为波形信息。
20.根据权利要求15所述的生物测量识别设备，其特征在于所述波形信息检测单元检测响应信号相对于与电源信号同步的参考信号的幅度，作为波形信息。
21.根据权利要求15所述的生物测量识别设备，其特征在于所述波形信息检测单元检测响应信号和与电源信号同步的参考信号之间的相位差、以及响应信号的幅度，作为波形信息。
22.根据权利要求2所述的生物测量识别设备，其特征在于所述所述电源产生单元包括频率产生电路，用于产生具有预定频率的矩形波信号；以及波形整形电路，用于从由所述频率产生电路所产生的矩形波信号中提取所需的频率分量，并产生由具有预定频率的AC信号形成的电源信号，作为电源信号。
23.根据权利要求22所述的生物测量识别设备，其特征在于所述波形整形电路包括低通滤波器，用于从矩形波信号中提取所需的低频分量。
24.根据权利要求22所述的生物测量识别设备，其特征在于所述波形整形电路包括限幅电路，用于通过限制其幅度来输出矩形波信号；低通滤波器，用于从由限幅电路中所获得的信号中提取所需的低频分量；以及放大电路，用于通过放大信号来输出由低通滤波器所获得的信号。
25.根据权利要求24所述的生物测量识别设备，其特征在于所述限幅电路包括第一参考电压产生电路，用于产生第一参考电压；第二参考电压产生电路，用于产生第二参考电压；反相器电路，用于通过对信号的逻辑值进行反相来输出矩形波信号；第一开关元件，通过根据由反相器电路所获得的信号来执行切换操作，间歇地输出第一参考电压；以及第二开关元件，通过根据矩形波信号来执行切换操作，在与第一开关元件的定时相反的定时处，间歇地输出第二参考电压。
26.根据权利要求24所述的生物测量识别设备，其特征在于所述限幅电路包括第一参考电压产生电路，用于产生第一参考电压；第二参考电压产生电路，用于产生第二参考电压；第一开关元件，通过根据矩形波信号来执行切换操作，间歇地输出第一参考电压；以及第二开关元件，通过根据矩形波信号、按照与第一开关元件相反的相位来执行切换操作，在与第一开关元件的定时相反的定时处，间歇地输出第二参考电压。
27.根据权利要求22所述的生物测量识别设备，其特征在于所述波形整形电路包括限幅低通滤波器，用于限制矩形波信号的幅度并从矩形波信号中提取所需的低频分量；以及放大电路，用于放大并输出由低通滤波器所获得的信号。
28.根据权利要求27所述的生物测量识别设备，其特征在于所述限幅低通滤波器包括第一阻性元件，具有与第一公共电位相连的一个端子；第二阻性元件，具有与第二公共电位相连的一个端子；第一开关元件，通过连接到第一阻性元件的另一端子并根据矩形波信号以预定极性执行切换操作，通过第一阻性元件输出第一公共电位；以及第二开关元件，通过连接到第二阻性元件的另一端子并根据矩形波信号以与第一开关元件相反的相位执行切换操作，在与第一开关元件相反的定时处，通过第二阻性元件间歇地输出第二公共电位。
29.根据权利要求27所述的生物测量识别设备，其特征在于所述限幅低通滤波器包括第一参考电压产生电路，用于产生第一参考电压；第二参考电压产生电路，用于产生第二参考电压；第一开关元件，通过将第一参考电压输入到控制端子以及将矩形波信号输入到输入端子上来执行切换操作；以及第二开关元件，通过将第二参考电压输入到控制端子以及将第一开关元件的输出端子与输入端子相连，以与所述第一开关元件相反的相位来执行切换操作。
30.根据权利要求22所述的生物测量识别设备，其特征在于还包括频率控制单元，用于输出指定电源信号的频率的频率控制信号；所述频率产生电路输出具有与频率控制信号相对应的频率的矩形波信号；以及所述波形整形电路从矩形波信号中提取与所述频率控制信号相对应的频率分量，并输出所述频率分量，作为电源信号。
31.根据权利要求30所述的生物测量识别设备，其特征在于所述波形整形电路包括可变低通滤波器，用于从矩形波信号中提取与所述频率控制信号相对应的低频分量。
32.根据权利要求31所述的生物测量识别设备，其特征在于所述可变低通滤波器包括可变阻性元件，在将矩形波信号输入到一个端子时，根据频率控制信号改变电阻值；以及可变容性元件，当连接在可变阻性元件的另一端子和预定低阻抗电位之间时，根据频率控制信号改变电容值。
全文摘要
响应信号产生单元(3)将预定电源信号(2S)施加到检测元件(1)，并输出已经根据所述单元通过检测元件(1)与其相接触的对象(10)的阻抗而改变的信号，作为响应信号(3S)。波形信息检测单元(4)根据来自响应信号产生单元(3)的响应信号(3S)，检测与对象(10)的阻抗相对应的波形信息，并且输出表示波形信息的检测信号(4S)。生物测量识别单元(5)根据来自波形信息检测单元(4)的检测信号(4S)来确定对象(10)是否为活体。
文档编号A61B5/117GK1697626SQ200480000488
公开日2005年11月16日 申请日期2004年8月12日 优先权日2003年8月15日
发明者岛村俊重, 森村浩季, 重松智志, 佐藤升男, 浦野正美, 町田克之 申请人:日本电信电话株式会社