JP2002269548A - 指紋センサ、指紋照合装置および指紋センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 指紋の山部と谷部の伝熱特性を利用して指紋
を精度良く検出することができる指紋センサ、指紋照合
装置および指紋センサの製造方法を提供すること。 【解決手段】 抵抗素子１１１の上部の窪み部分に突起
部１１４を設けて、検知面１１と指紋の山部を確実に接
触させ、この突起部１１４を介して抵抗素子１１１が発
する熱を指紋の山部に伝熱させるようにし、指紋の山部
と谷部における温度上昇特性を異ならせることにより、
精度良く指紋画像を取得する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、指紋の谷部と山部
の伝熱特性の差に基づいて指紋を検出する指紋センサ、
指紋照合装置および指紋センサの製造方法に関し、特
に、指紋の山部と谷部の伝熱特性を利用して指紋を精度
良く検出することができる指紋センサ、指紋照合装置お
よび指紋センサの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、指紋を用いて個人の認証をおこな
う際には、光学的に入力指紋画像を取得して、これをあ
らかじめ登録した参照指紋画像と照合するのが一般的で
あったが、かかる光学的技術には、塵埃や汚れに脆弱で
あり、かつ、小型化するのが難しいという欠点がある。

【０００３】このため、最近では、指紋の谷部と山部の
伝熱特性の差に基づいて指紋画像を検出する技術が注目
されている。たとえば、特表平１１−５０３３４７号公
報には、検出部材を熱源で加熱して温度を測定し、各検
出部材の温度または温度変化を供給熱量と比較して、該
検出部材から熱伝導面への熱損失を測定し、測定した熱
損失の変化状態に基づいて画像を形成する指紋検出器が
開示されている。

【０００４】この従来技術では、指紋の山部は皮膚が検
出面と接触しているために皮膚への熱損失が大きく、指
紋の谷部は検出面と皮膚の間に断熱体をなす空気が介在
するために熱損失が小さいという特性を利用して、指紋
の山部と谷部を画像として再構成している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来技術によれば、コントラストが低くなりがちであり、
また測定ごとのばらつきも小さくはないので、十分な検
出精度が得られないという問題がある。

【０００６】具体的には、この従来技術を用いた場合に
得られる画像のコントラストは、シミュレーションなど
で予測される値よりも低くなりがちであり、照合精度も
低下しがちとなる。その主な原因は、検出面に存在する
微細な凹凸にあり、指紋センサの凹部分（窪み部分）に
は皮膚が直接触れないため、指紋画像のコントラストの
低下および照合精度の低下を招くことになる。これらの
ことから、検出精度の高い指紋センサをいかに実現する
かが重要な課題となっている。

【０００７】この発明は、上記問題点を解決するために
なされたものであり、指紋の山部と谷部の伝熱特性を利
用して指紋を精度良く検出することができる指紋セン
サ、指紋照合装置および指紋センサの製造方法を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされたものであり、請求項１に係る指紋
センサは、複数の温度センサ、各温度センサに通電する
配線並びに被検者が指を載置する検出面をなす絶縁膜を
基板上に順次積層して形成し、前記検出面に指が載置さ
れた際に指紋の谷部と山部の伝熱特性の差に基づいて指
紋画像を検出する指紋センサにおいて、前記基板上に複
数の温度センサ、配線および絶縁膜を積層する際に生ず
る前記温度センサ上の凹部に配設した熱伝導可能な突起
部を備えたことを特徴とする。

【０００９】また、請求項２に係る指紋センサは、請求
項１の発明において、前記突起部を介して指に熱伝導し
た後の温度に応じて前記温度センサに流れる電流値に基
づいて指紋画像を検出する指紋画像検出手段をさらに備
えたことを特徴とする。

【００１０】また、請求項３に係る指紋センサは、請求
項１または２の発明において、前記複数の温度センサ
は、前記配線を通じた通電により発熱して前記検出面を
加熱するとともに、所定時間経過後の温度に応じた電流
を前記配線を通じて出力することを特徴とする。

【００１１】また、請求項４に係る指紋センサは、請求
項１または２の発明において、前記基板と前記複数の温
度センサとの間に配設した前記検出面を加熱する加熱手
段をさらに備え、各温度センサは、前記加熱手段による
加熱後の温度に応じた電流を前記配線を通じて出力する
ことを特徴とする。

【００１２】また、請求項５に係る指紋照合装置は、請
求項１または２の発明において、前記複数の温度センサ
と前記絶縁膜との間に配設した前記検出面を加熱する加
熱手段をさらに備え、各温度センサは、前記加熱手段に
よる加熱後の温度に応じた電流を前記配線を通じて出力
することを特徴とする。

【００１３】また、請求項６に係る指紋照合装置は、複
数の温度センサ、各温度センサに通電する配線並びに被
検者が指を載置する検出面をなす絶縁膜を基板上に順次
積層して形成し、前記検出面に指が載置された際に指紋
の谷部と山部の伝熱特性の差に基づいて指紋画像を検出
する指紋センサにより検出した入力指紋画像をあらかじ
め登録した参照指紋画像と比較して指紋照合をおこなう
指紋照合装置において、前記基板上に複数の温度セン
サ、配線および絶縁膜を積層する際に生ずる前記温度セ
ンサ上の凹部に配設した熱伝導可能な突起部と、前記突
起部を介して指に熱伝導した後の温度に応じて前記温度
センサに流れる電流値に基づいて指紋画像を検出する指
紋画像検出手段と、前記指紋画像検出手段により検出さ
れた入力指紋画像を前記参照指紋画像と照合する指紋照
合手段とを備えたことを特徴とする。

【００１４】また、請求項７に係る指紋センサの製造方
法は、複数の温度センサ、各温度センサに通電する配線
並びに被検者が指を載置する検出面をなす絶縁膜を基板
上に順次積層した指紋センサを製造する指紋センサの製
造方法であって、前記基板上に前記複数の温度センサ並
びに該温度センサに通電する配線をそれぞれ層形成する
第１の層形成工程と、前記第１の層形成工程により形成
された層上に被検者が指を載置する検出面をなす絶縁膜
を層形成する第２の層形成工程と、前記第２の層形成工
程により形成された絶縁膜層上に熱伝導可能な突起部を
層形成する第３の層形成工程とを含んだことを特徴とす
る。

【００１５】また、請求項８に係る指紋センサの製造方
法は、複数の温度センサ、配線並びに絶縁膜を基板上に
順次積層した指紋センサを製造する指紋センサの製造方
法であって、前記基板上に前記複数の温度センサ並びに
該温度センサに通電する配線をそれぞれ層形成する第１
の層形成工程と、前記第１の層形成工程により形成され
た層上に熱伝導可能な突起部を層形成する第２の層形成
工程と、前記第２の層形成工程により形成された層上に
被検者が指を載置する検出面をなす絶縁膜を層形成する
第３の層形成工程とを含んだことを特徴とする。

【００１６】また、請求項９に係る指紋センサの製造方
法は、複数の温度センサ、配線並びに絶縁膜を基板上に
順次積層した指紋センサを製造する指紋センサの製造方
法であって、前記基板上に熱伝導可能な突起部を層形成
する第１の層形成工程と、前記第１の層形成工程により
形成された層上に複数の温度センサ並びに該温度センサ
に通電する配線をそれぞれ層形成する第２の層形成工程
と、前記第２の層形成工程により形成された層上に被検
者が指を載置する検出面をなす絶縁膜を層形成する第３
の層形成工程と、を含んだことを特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る指紋セン
サ、指紋照合装置および指紋センサの製造方法の好適な
実施の形態について図面を参照して説明する。なお、実
施の形態１では、指紋センサ自体について説明し、実施
の形態２では、この指紋センサを有する指紋照合装置に
ついて説明することとする。

【００１８】（実施の形態１）この実施の形態１では、
本発明に係る指紋センサについて説明する。図１は、本
実施の形態１に係る指紋センサ１の外観構成を示す図で
ある。なお、本実施の形態１では、同一の抵抗素子でヒ
ーターと温度センサを兼用する１層式の指紋センサを用
いる場合を示すこととする。なお、ヒーター層と温度セ
ンサ層を別層とする２層式の指紋センサの説明について
は後述する。

【００１９】同図に示すように、この指紋センサ１は、
指紋画像を検出する指紋検出部１０と、信号処理をおこ
なう信号処理部２０とからなる。ここで、この指紋セン
サ１は、熱伝導方式によって指紋画像を取得する指紋セ
ンサであり、指紋検出部１０の検出面の下部にマトリッ
クス状に複数のヒーターと温度センサとを作り込み、ラ
インごとに順次加熱して、その直後温度上昇を複数の温
度センサで検出して指紋画像を得るようにしたものであ
る。

【００２０】特に、この指紋センサ１では、検出面１１
に存在する微細な凹凸の凹部分（窪み部分）が皮膚に接
触しないという従来の問題を解決し、指紋の検出精度を
上げることができるようにしている。その詳細は後述す
るが、指紋センサ上に存在する検出面１１の凹部分（窪
み部分）に突起部を設け、皮膚が検出面１１に接触する
ようにしている。

【００２１】次に、図１に示した指紋センサ１の構造に
ついてさらに具体的に説明する。図２は、図１に示した
指紋検出部１０の断面構造を示す図である。なお、ここ
では説明の便宜上、ヒーターが温度センサを兼ねる１層
センサを用いた場合を示すこととする。

【００２２】図２に示すように、薄膜のパターニングプ
ロセスを用いてパターンを形成する場合には、基板１０
０上に抵抗素子１１１を配設し、この抵抗素子１１１と
接するように配線１１２を設け、その上部を絶縁膜１１
３で覆うことになる。ここでは説明の便宜上、図２に示
す基板１００上に３つの抵抗素子１１１のみを設けた場
合を示したが、実際にはこの基板１００上にたとえば２
５６×２５６個（合計６５５３６個）の抵抗素子１１１
をマトリクス状に形成することになる。すなわち、かか
る場合には、抵抗素子１１１用の１層と、２次元アレイ
から配線１１２を引き出すために必要となる配線１１２
用の２層と、絶縁膜１１３（配線と配線の絶縁膜、表面
保護膜）２層が必要となるので、最低でも５層の膜がパ
ターン形成される。

【００２３】このように、パターン形成される膜が多層
化すると、検出面１１表面の凹凸が複雑化し、膜の構成
にもよるが抵抗素子１１１の上部に凹部が生じる場合が
多いので、指への熱伝導性が低下し、結果的に指紋の検
出精度が低下する。このため、本実施の形態に係る指紋
センサ１では、この抵抗素子１１１の上部の凹部に突起
部１１４を設け、検出面１１表面の凹凸に起因する熱伝
導性の低下を防止し、もって指紋の検出精度を向上させ
ている。

【００２４】同図に示す基板１００は、石英、ガラス、
ポリイミド、アルミナ、表面を絶縁化したＳｉなどが用
いられる。ただし、これに限定されるものではなくその
他の絶縁性材料を用いることもできる。

【００２５】抵抗素子１１１は、検出面１１を加熱する
ヒーターと、温度を検出する温度センサとしての役割を
果たしているので、この抵抗素子１１１には、発熱素子
としての特性と抵抗変化型の温度センサとしての特性が
求められる。かかる抵抗素子１１１の材料としては、た
とえばポリシリコン、アモルファスシリコンまたはＩＴ
Ｏなどの抵抗体材料がある。

【００２６】そして、かかる温度の検出は、この抵抗素
子１１１に所定の電圧を印加しその時流れる電流の大き
さを検出することによっておこなう（抵抗変化型温度検
出素子）。なお、ここでは温度を検出する役割のみを果
たす温度検出素子は設けていないので、指紋検出部１０
の内部構造が単純化され、検出面１１の表面状態（凹
凸）を所望の状態とすることが容易となる。

【００２７】また、ここでは指紋のピッチが数百μｍ程
度であることを考慮して抵抗素子１１１の配列ピッチを
５０〜１００μｍ程度にするとともに、抵抗素子１１１
の厚さを０．１〜１μｍ程度にしている。

【００２８】配線１１２は、抵抗素子１１１に通電する
ための配線であり、抵抗素子１１１は、この配線１１２
を通じて信号処理部２０と接続されている。ここで、抵
抗素子１１１との接触を確実にするため、この配線１１
２は抵抗素子１１１の左右両端付近において抵抗素子１
１１と重なるように形成されている。このような内部構
造（抵抗素子１１１、配線１１２の具体的形状、積層の
仕方）が検出面１１の表面形状を決定づけている。

【００２９】絶縁膜１１３は、検出面１１を形成する層
であり、抵抗素子１１１および配線１１２などを保護す
る。この絶縁膜１１３は、その特性上できるだけ薄くす
ることが求められるが、ここでは絶縁膜１１３自体の厚
さを０．５〜２μｍ程度としている。

【００３０】このように、絶縁膜１１３を薄くしている
関係上、この絶縁膜１１３の表面形状は、抵抗素子１１
１、配線１１２などの配置（あるいは積層構造）に応じ
た凹凸が生じている。具体的には、抵抗素子１１１と配
線１１２とが重なっている部分が盛り上がった状態とな
っており、抵抗素子１１１の上部の中央付近は窪んだ状
態となっている。この実施の形態では、この窪みは深さ
が１μｍ程度である。

【００３１】なお、絶縁膜１１３の材料としては、たと
えば、ＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、ダイヤモンド、ダイヤモン
ドライクカーボン、Ｔａ₂Ｏ₅、Ａｌ₂Ｏ₃などの絶縁性材
料があげられる。

【００３２】突起部１１４は、抵抗素子１１１の上部に
生ずる絶縁膜１１３表面の窪みに設けられるものであ
り、この突起部１１４により、皮膚が検出面１１に接触
しやすくなる。

【００３３】すなわち、従来の指紋センサでは、この突
起部１１４が設けられていなかったために、たとえ指紋
の凸部が抵抗素子１１１の上部に位置する場合であって
も、指紋の凸部が検出面１１に接触せず、結果的に指紋
の検出精度が低下する原因となっていた。そこで、本実
施の形態では、この突起部１１４を設けることにより、
絶縁膜１１３表面に生ずる窪みの影響を除去している。

【００３４】このため、検出面１１に指を載せて指紋を
検出すると、指紋の凸部が抵抗素子１１１の上部に位置
する場合に、皮膚をこの突起部１１４に確実に接触させ
ることができ、検出面１１から指（特に山部）への熱伝
導が良好になる。

【００３５】なお、固体の材料は、一般に空気に較べれ
ば熱伝導性が高い。したがって、突起部１１４の材質が
どのようなものであっても、熱伝導性の向上という効果
は期待できる。突起部１１４の材質としては、たとえ
ば、金属、ＳｉＮを用いることができ、一般的には熱の
不良動体といわれている材料（たとえば、ＳｉＯ₂）を
用いることもできる。絶縁膜１１３との接合強度や加工
の容易さなどを考慮して選定すればよい。

【００３６】実際の指紋検出部１０は、周知の薄膜プロ
セスを用いて以下のようにして製造可能である。すなわ
ち、基板１００のうえに、抵抗素子１１１、配線１１
２、さらには絶縁膜１１３を積層形成する。さらに、突
起部１１４を同様に形成する。なお、基板１００上に突
起部１１４、抵抗素子１１１および配線１１２、絶縁膜
１１３の順に積層形成することもできる。

【００３７】次に、図１に示した信号処理部２０内に設
けられる検知回路の回路構成について説明する。図３
は、図１に示した信号処理部２０内に設けられる検知回
路の回路構成の一例を示す図である。

【００３８】同図に示す検知回路１２は、指紋検出部１
０内に設けられた温度センサの役割を果たす各抵抗素子
１１１から温度に係るデータを受け取って温度を検知す
る回路である。具体的には、各抵抗素子１１１をつなぐ
水平方向（行）にのびた２５６本の配線１１２と、垂直
方向（列）にのびた２５６本の配線１１２を介して温度
に係るデータを受け取る。なお、図中に示すＩＶアンプ
および作動アンプなどの回路は、温度信号を変換、増
幅、ラッチする回路部分である。

【００３９】加熱および温度検出は、信号処理部２０に
よっていずれかの行を選択し、この選択した行の抵抗素
子１１１に所定の定電圧を印加することでおこなう。ま
た、この選択する行を順次切り替え走査してゆくこと
で、すべての抵抗素子１１１について同様の加熱、温度
検出をおこなうことができる。

【００４０】なお、加熱、温度検出を１行ずつおこなっ
ているのは、温度信号をラッチする検出回路１２を各列
ごとにしか設けていないからである。このラッチする回
路部を各行各列ごとに設ければ、すべての抵抗素子１１
１について一斉に加熱し、温度検出することができる。

【００４１】信号処理部２０は、上記検出回路１２以外
に指紋のパターンを検出して指紋画像を生成する処理部
を有するが、説明の都合上、この信号処理部２０の詳細
については、実施の形態２において説明する。

【００４２】次に、図２に示した突起部１１４を設けた
指紋センサ１を用いた指紋の検出概念について説明す
る。図４は、図２に示した突起部１１４を設けた指紋セ
ンサ１を用いた指紋の検出概念を説明するための説明図
である。

【００４３】被認証者が検出面１１に指を載置して所定
の検出開始操作をおこなうと、信号処理部２０は、配線
１１２を通じて抵抗素子１１１のそれぞれに所定の電圧
を印加して該抵抗素子１１１をそれぞれ発熱させる。こ
れにより、検出面１１には指紋の形状（パターン）に対
応した温度分布が生じる。

【００４４】ここで、指紋の谷部では、皮膚と検出面１
１との間に断熱体である空気が介在しており、両者が直
接接触することはないので、抵抗素子１１１によって発
生された熱が検出面１１から皮膚へと熱が逃げにくく、
この抵抗素子１１１周辺の温度が高くなる。

【００４５】これに対して、指紋の山部では、皮膚が検
出面１１と直接的に接触するため、検出面１１から皮膚
へと熱が逃げやすいので、抵抗素子１１１周辺の温度が
低下する。特に、本実施の形態では、図４（ａ）に示す
ように検出面１１に突起部１１４を設けているので、皮
膚との接触が確実なものとなり、検出面１１から指への
熱伝導が良好になる。なお、図４（ｂ）に示すように検
出面１１に窪み部分が存在すると、抵抗素子１１１の上
部に指紋の山部が所在したとしても皮膚が検出面１１に
直接接触しないので、熱が指へと逃げにくく、鮮明な指
紋画像が得られない結果となる。

【００４６】このようにして、検出面１１に温度分布を
生じさせたならば、引き続きこの温度分布を計測する。
具体的には、信号処理部２０は配線１１２を通じて各抵
抗素子１１１に所定の電圧を印加し、その時流れる電流
値を計測することによって温度を検出する。さらに、こ
のようにして得た温度分布に基づいて指紋画像を生成す
る。

【００４７】次に、上記指紋センサ１を用いた場合のシ
ミュレーション結果の一例について説明する。図５は、
シミュレーションの前提を説明するための説明図であ
る。また、図６は、突起部１１４を設けた検出面１１に
指を載置した場合における温度上昇のシミュレーション
結果の一例を示す図であり、図７は、突起部１１４を設
けない検出面１１に指を載置した場合における温度上昇
のシミュレーション結果の一例を示す図である。さら
に、図８は、指紋の谷部と山部の検出原理を説明するた
めの説明図である。

【００４８】図５に示すように、このシュミレーション
は、抵抗素子１１１上の窪みにより指と指紋センサ１の
間に隙間が生じる場合と（同図（ｂ））、突起部１１４
によりかかる隙間が生じない場合（同図（ａ））につい
ておこなっている。

【００４９】具体的には、図５（ａ）に示すように、こ
こでは１００μｍの石英からなる基板上に、０．２μｍ
のＳｉからなる抵抗素子１１１を置き、その上部に１．
８μｍのＳｉＯからなる絶縁膜１１３および突起部１１
４を被せて指紋センサ１を形成する。すなわち、この指
紋センサ１は、ＳｉＯからなる突起部１１４を設けてい
るので、指の表皮が指紋センサ１の表面に接触してい
る。

【００５０】これに対して、図５（ｂ）の場合には、Ｓ
ｉＯからなる突起部１１４を設けていないので、指の表
皮と指紋センサ１の表面との間に空気の隙間（１．０μ
ｍ）が生じている。

【００５１】なお、このシミュレーションの初期条件と
して、検出位置での窪みの深さを１μｍとし、初期温度
を０℃としている。また、基板１００の厚さを１００μ
ｍとし、熱伝導率を１．４Ｗ／（ｍＫ）とし、比熱を
０．７０Ｊ／（ｇＫ）とし、比重を２．２２としてい
る。また、抵抗素子１１１の厚さを０．２μｍとし、熱
伝導率を１６８Ｗ／（ｍＫ）とし、比熱を０．６８Ｊ／
（ｇＫ）とし、比重を２．３４としている。さらに、絶
縁膜１１３と突起部１１４の厚さを１．８μｍとし、熱
伝導率を１．４Ｗ／（ｍＫ）とし、比熱を０．７０Ｊ／
（ｇＫ）とし、比重を２．２２としている。また、指の
表皮の厚さを１００μｍとし、熱伝導率を０．３７７Ｗ
／（ｍＫ）とし、比熱を３．３９Ｊ／（ｇＫ）とし、比
重を１．２としている。なお、突起部１１４を設けてい
ない場合における山部と検出面との間の空気層の厚さを
１．０μｍとし、突起部１１４を設けた場合は、山部と
検出面とが直接接触し、両者間には空気層は存在しない
ものとしている。谷部と検出面との間の空気層の厚さは
１００μｍとなる。

【００５２】図６に示すように、突起部１１４を設けた
場合には、指紋の山部での温度上昇は、谷部の温度上昇
に比べてかなり緩やかになっており、指紋の谷部と山部
の温度差が大きいため、山部と谷部とを容易かつ確実に
判別することができる。これに対して、かかる突起部１
１４を設けない場合には、図７に示すように、指紋の山
部においても谷部と同様に温度が上昇するため、山部と
谷部を判別することが困難になる。

【００５３】このように、突起部１１４を設けた場合に
は、指紋の谷部と山部の温度上昇特性が異なるため、こ
の温度上昇特性の違いを利用して指紋の山部と谷部を検
出することになる。

【００５４】具体的には、図８（ａ）に示す電圧パルス
を抵抗素子１１１に印加すると、同図（ｂ）に示すよう
に抵抗素子１１１における温度が上昇し、同図（ｃ）に
示すような電流を検出する。すなわち、指紋の山部では
熱が指の表皮に逃げるので温度が上昇しにくく、時間の
経過とともにその傾向が顕著なものとなるので、印加開
始時の検出電流と印加終了時の検出電流の差を各抵抗素
子１１１ごとに測定すると、精度の良い指紋画像が検出
することができることになる。

【００５５】以上説明したとおり、この実施の形態１に
係る指紋センサ１によれば、抵抗素子１１１の上部の窪
み部分に突起部１１４を設け、抵抗素子１１１が発する
熱を指紋の山部に伝熱させ、指紋の山部と谷部における
温度上昇特性を異ならせるよう構成したので、鮮明な指
紋画像を得ることができる。

【００５６】なお、本実施の形態では、絶縁膜１１３を
覆った後に突起部１１４を設けることとしたが、本発明
はこれに限定されるものではなく、抵抗素子１１１の上
に突起部１１４を設け、その上を絶縁膜１１３で覆うよ
う構成することもできる。この場合にも、指紋の山部と
抵抗素子１１１上の検出面１１とを確実に接触させるこ
とができる。

【００５７】ところで、本実施の形態では、発熱素子と
しての役割と、温度センサとしての役割とを抵抗素子１
１１に担わせることとしたが、両者をそれぞれ別個に設
け、温度センサをセンサ層とヒーター層の２層構造にし
た場合に本発明を適用することもできる。

【００５８】図９は、センサ層とヒーター層とを別層に
した場合の指紋センサの断面構造を示す図である。図９
に示すように、センサ層とヒーター層とを別層にする場
合には、基板１００上にヒーター１１１ａを配設して絶
縁膜１１３で覆い、ヒーター１１１ａの上部にセンサ１
１１ｂおよび配線１１２を配設し、その上部を絶縁膜１
１３で覆うことになる。また、図２に示す１層の場合と
同様に、このセンサ１１１ｂの上部には突起部１１４を
設ける。

【００５９】すなわち、センサ層とヒーター層を別層に
する場合であっても、これらを抵抗素子１１１として共
用する場合と同様に、センサ１１１ｂの上部に凹部が生
じるので、１層の場合と同様に突起部１１４を設けるこ
とになる。

【００６０】なお、図９では、説明の便宜上図２のもの
と断面の切り方を変えているので、配線１１２がセンサ
１１１ｂに接触していないように見えるが、実際には図
２に示すものと同様に両者が接触する。

【００６１】図１０は、センサ層とヒーター層とを別層
にした場合の指紋センサのヒーター回路および検知回路
の回路構成の一例を示す図である。同図に示すように、
センサ層とヒーター層を分ける場合には、図３と異なり
ヒーター回路と検知回路が別層になる。具体的には、同
図（ａ）に示すヒーター回路と、同図（ｂ）に示すセン
サ回路が基板上に重畳して配設され、このセンサ回路に
検知回路１２が接続されることになる。なお、かかるセ
ンサ１１１ｂとしては、温度に応じた信号を自ら生成出
力する素子、たとえば、焦電型の温度検出素子や熱電対
などを用いることができる。また、温度センサと発熱素
子の上下の位置関係を逆にしてもよい。

【００６２】発熱素子と温度センサとをそれぞれ別個に
設けた構造としてはこの他にも発熱素子と温度センサと
を同じ平面上（同じ層位置）に配置した構造が上げられ
る。指紋の山部と谷部との伝熱特性の差を利用した指紋
センサでは、検出された温度分布に基づいて指紋画像を
生成する。したがって、鮮明な画像を得るためには、温
度センサの検知対象部位（つまり、温度センサの周囲）
の温度に影響を与える領域（具体的には、検出面におけ
る温度センサの真上の領域）に皮膚が確実に接触するよ
うにすることが求められる。したがって、このような構
成の指紋センサでは、検出面は、温度センサの真上の領
域に突起部１１４を設けることが必要となる。

【００６３】なお、できるだけ温度センサの真上に突起
部１１４を設ける理由は、絶縁膜１１３がきわめて薄
く、絶縁膜１１３の層方向（図における左右方向）につ
いての熱伝導が小さいからである。

【００６４】（実施の形態２）上記実施の形態１では指
紋センサ１自体について説明したが、ここでは上記指紋
センサ１を有する指紋照合装置について説明する。図１
１は、ヒーターと温度センサを兼用する１層式の指紋セ
ンサを用いた場合の指紋照合装置の構成を示す機能ブロ
ック図である。

【００６５】同図に示すように、この指紋照合装置は、
指紋センサ１（指紋検出部１０および信号処理部２０）
と、指紋照合部３０とからなる。信号処理部２０は、指
紋検出部１０によって検出された温度信号に基づいて指
紋画像を生成する処理部であり、この信号処理部２０
は、制御部２１、電圧パルス出力部２２、検知部２３、
コントラスト判定部２４、しきい値記憶部２５および画
像データ出力部２６からなる。これら各部は制御部２１
による制御の下、以下のように動作する。

【００６６】検出面１１へ指が圧着された場合、制御部
２１はこれを検知し、この指の指紋画像を検出すべく、
電圧パルス出力部２２に測定開始の指示を送る。これを
受けた電圧パルス出力部２２は、指紋検出部１０の各行
へ、順次、定電圧パルスを印加することによって、加
熱、温度検出をおこなう。

【００６７】具体的には、電圧パルス出力部２２は、指
紋検出部１０のいずれかの行を選択し、この選択した行
に加熱用の定電圧パルスＶ1を出力する。これによっ
て、選択された行の抵抗素子１１１が発熱し検出面１１
上に温度分布が瞬時に生じる。

【００６８】そして、所定時間経過後に、信号処理部２
０の検知回路１２が電流を検出する。すなわち、抵抗素
子１１１の抵抗値はその温度によって変化するため、抵
抗素子１１１には温度に応じた大きさの電流が流れるた
め、この電流を検出する。その結果、選択された抵抗素
子１１１それぞれの温度に応じた信号（温度信号）が制
御部２１に出力される。以上述べた加熱、温度測定動作
をすべての行について順次おこなう。

【００６９】その後、この温度信号を得た制御部２１
は、該温度信号（温度分布）に基づいて指紋画像（指紋
画像）を形成し、コントラスト判定部２４が入力された
指紋画像のコントラストをしきい値記憶部２５に記憶し
たしきい値と比較し、コントラストがしきい値を越える
場合には指紋画像が良好なものであると判定し、画像デ
ータ出力部２６から指紋画像を出力する。

【００７０】指紋照合部３０は、信号処理部２０から入
力された指紋画像を、あらかじめ登録した参照指紋画像
と比較して、両者が一致するか否かを照合する処理部で
ある。この指紋照合部３０は、画像入力部３１、参照画
像記憶部３２および照合処理部３３からなる。

【００７１】画像入力部３１は、信号処理部２０から入
力された指紋画像を受け付けて、これを照合処理部３３
へ出力する処理部であり、参照画像記憶部３２には、あ
らかじめ、入力指紋画像の比較の対象となる指紋画像が
記憶されている。照合処理部３３は、画像入力部３１か
ら入力された指紋画像を、参照画像記憶部３２に記憶さ
れている参照指紋画像と照合する。つまり、両者を比較
してその一致性を判定して、その照合結果を出力する。

【００７２】かかる構成を有する指紋照合装置を用いる
ことにより、本発明に係る１層式の指紋検出部を用いて
精度良く指紋画像を取得し、この指紋画像を参照画像と
照合して照合結果を出力することができる。

【００７３】次に、ヒーター層とセンサ層を別層した２
層式の指紋センサを採用した指紋照合装置について説明
する。図１２は、ヒーター層とセンサ層を別層した２層
式の指紋センサを採用した指紋照合装置の構成を示す機
能ブロック図である。

【００７４】同図に示すように、この指紋照合装置は、
指紋センサ１（指紋検出部１０および信号処理部２０）
と、指紋照合部３０とからなる。信号処理部２０は、指
紋検出部１０によって検出された温度信号に基づいて指
紋画像を生成する処理部であり、この信号処理部２０
は、制御部２１、電圧パルス出力部２２、検知部２３、
コントラスト判定部２４、しきい値記憶部２５および画
像データ出力部２６からなる。これら各部は制御部２１
による制御の下、以下のように動作する。

【００７５】検出面１１へ指が圧着された場合、制御部
２１はこれを検知し、この指の指紋画像を検出すべく、
電圧パルス出力部２２に測定開始の指示を送る。これを
受けた電圧パルス出力部２２は、指紋検出部１０のヒー
ター回路１０１の各行へ、順次、定電圧パルスＶ１を印
加することによって加熱をおこなうとともに、センサ回
路１２に定電圧パルスＶ２を出力する。

【００７６】センサ回路１２に定電圧パルスＶ２を出力
すると、このセンサ回路１２の抵抗素子には温度に応じ
た大きさの電流が流れるため、信号検出部２０の検知部
２３がこの電流を検出し、温度信号を制御部２１に出力
する。その後、図１１に示す場合と同様の手順で指紋画
像を作成し、指紋照合部３０においてこの指紋画像の照
合をおこなう。

【００７７】かかる構成を有する指紋照合装置を用いる
ことにより、本発明に係る２層式の指紋検出部を用いて
精度良く指紋画像を取得し、この指紋画像を参照画像と
照合して照合結果を出力することができる。

【００７８】なお、本実施の形態では、指紋センサに指
紋検出部１０と信号処理部２０とを別体とした場合を示
したが、本発明はこれに限定されるものではなく、両者
を一体化することもできる。また、指紋照合部３０を、
信号処理部２０と一体化もしくは、信号処理部２０と指
紋検出部１０とを含めて一体化してもよい。

【００７９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、請求項１の
発明によれば、基板上に複数の温度センサ、配線および
絶縁膜を積層する際に生ずる温度センサ上の凹部に配設
した熱伝導可能な突起部を設けるよう構成したので、指
紋の山部が検出面とを確実に接触させ、もって指紋の山
部が接触している場合と接触していない場合の温度セン
サ周辺の温度を明確に異ならせることができる。

【００８０】また、請求項２の発明によれば、突起部を
介して指に熱伝導した後の温度に応じて温度センサに流
れる電流値に基づいて指紋画像を検出するよう構成した
ので、精度の良い指紋画像を取得することができる。

【００８１】また、請求項３の発明によれば、温度セン
サが、配線を通じた通電により発熱して検出面を加熱す
るとともに、所定時間経過後の温度に応じた電流を配線
を通じて出力するよう構成したので、ヒーターと温度セ
ンサの役割を一つの抵抗素子に担わせ場合にも、精度の
良い指紋画像を取得することができる。

【００８２】また、請求項４の発明によれば、基板と複
数の温度センサとの間に配設した検出面を加熱する加熱
手段を設け、各温度センサが、この加熱手段による加熱
後の温度に応じた電流を配線を通じて出力するよう構成
したので、ヒーターと温度センサを別層とした場合であ
っても、精度の良い指紋画像を取得することができる。

【００８３】また、請求項５の発明によれば、複数の温
度センサと絶縁膜との間に配設した検出面を加熱する加
熱手段を設け、各温度センサは、この加熱手段による加
熱後の温度に応じた電流を配線を通じて出力するよう構
成したので、ヒーターを温度センサと絶縁膜との間に設
けた場合であっても、精度の良い指紋画像を取得するこ
とができる。

【００８４】また、請求項６の発明によれば、基板上に
複数の温度センサ、配線および絶縁膜を積層する際に生
ずる温度センサ上の凹部に配設した熱伝導可能な突起部
を設け、この突起部を介して指に熱伝導した後の温度に
応じて温度センサに流れる電流値に基づいて指紋画像を
検出し、検出した入力指紋画像を参照指紋画像と照合す
るよう構成したので、精度良く指紋照合をおこなうこと
ができる。

【００８５】また、請求項７の発明によれば、基板上に
前記複数の温度センサ並びに該温度センサに通電する配
線をそれぞれ層形成し、この層上に被検者が指を載置す
る検出面をなす絶縁膜を層形成し、この絶縁膜層上に熱
伝導可能な突起部を層形成するよう構成したので、従来
の薄膜プロセスを利用して、精度の良い指紋センサを効
率良く製造することができる。

【００８６】また、請求項８の発明によれば、基板上に
複数の温度センサ並びに該温度センサに通電する配線を
それぞれ層形成し、この層上に熱伝導可能な突起部を層
形成し、この層上に被検者が指を載置する検出面をなす
絶縁膜を層形成するよう構成したので、従来の薄膜プロ
セスを利用して、精度の良い指紋センサを効率良く製造
することができる。

【００８７】また、請求項９の発明によれば、基板上に
熱伝導可能な突起部を層形成し、この層上に複数の温度
センサ並びに該温度センサに通電する配線をそれぞれ層
形成し、この層上に被検者が指を載置する検出面をなす
絶縁膜を層形成するよう構成したので、従来の薄膜プロ
セスを利用して、精度の良い指紋センサを効率良く製造
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１に係る指紋検出センサの外観構成
を示す図である。

【図２】図１に示した指紋検出部の断面構造を示す図で
ある。

【図３】図１に示した信号処理部内に設けられる検知回
路の回路構成の一例を示す図である。

【図４】図２に示した突起部を設けた指紋センサを用い
た指紋の検出概念を説明するための説明図である。

【図５】シミュレーションの前提を説明するための説明
図である。

【図６】突起部を設けた検出面に指を載置した場合にお
ける温度上昇のシミュレーション結果の一例を示す図で
ある。

【図７】突起部を設けない検出面に指を載置した場合に
おける温度上昇のシミュレーション結果の一例を示す図
である。

【図８】指紋の谷部と山部の検出原理を説明するための
説明図である。

【図９】センサ層とヒーター層とを別層にした場合の指
紋センサの断面構造を示す図である。

【図１０】センサ層とヒーター層とを別層にした場合の
指紋センサのヒーター回路および検知回路の回路構成の
一例を示す図である。

【図１１】ヒーターと温度センサを兼用する１層式の指
紋センサを用いた場合の指紋照合装置の構成を示す機能
ブロック図である。

【図１２】ヒーター層とセンサ層を別層した２層式の指
紋センサを採用した指紋照合装置の構成を示す機能ブロ
ック図である。

【符号の説明】

１ 指紋センサ １０ 指紋検出部 １１ 検出面 １２ 検知回路 ２０ 信号処理部 ２１ 制御部 ２２ 電圧パルス出力部 ２６ 画像データ出力部 ３０ 指紋照合部 ３１ 画像入力部 ３２ 参照画像記憶部 ３３ 照合処理部 １００ 基板 １１１ 抵抗素子 １１２ 配線 １１３ 絶縁膜 １１４ 突起部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷川 忠昭 兵庫県姫路市御国野町国分寺67番地 グロ ーリー機器株式会社内 Ｆターム(参考） 4C038 FF01 FG00 5B047 AA25

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の温度センサ、各温度センサに通電
   する配線並びに被検者が指を載置する検出面をなす絶縁
   膜を基板上に順次積層して形成し、前記検出面に指が載
   置された際に指紋の谷部と山部の伝熱特性の差に基づい
   て指紋画像を検出する指紋センサにおいて、 前記基板上に複数の温度センサ、配線および絶縁膜を積
   層する際に生ずる前記温度センサ上の凹部に配設した熱
   伝導可能な突起部を備えたことを特徴とする指紋セン
   サ。
2. 【請求項２】 前記突起部を介して指に熱伝導した後の
   温度に応じて前記温度センサに流れる電流値に基づいて
   指紋画像を検出する指紋画像検出手段をさらに備えたこ
   とを特徴とする請求項１に記載の指紋センサ。
3. 【請求項３】 前記複数の温度センサは、前記配線を通
   じた通電により発熱して前記検出面を加熱するととも
   に、所定時間経過後の温度に応じた電流を前記配線を通
   じて出力することを特徴とする請求項１または２に記載
   の指紋センサ。
4. 【請求項４】 前記基板と前記複数の温度センサとの間
   に配設した前記検出面を加熱する加熱手段をさらに備
   え、各温度センサは、前記加熱手段による加熱後の温度
   に応じた電流を前記配線を通じて出力することを特徴と
   する請求項１または２に記載の指紋センサ。
5. 【請求項５】 前記複数の温度センサと前記絶縁膜との
   間に配設した前記検出面を加熱する加熱手段をさらに備
   え、各温度センサは、前記加熱手段による加熱後の温度
   に応じた電流を前記配線を通じて出力することを特徴と
   する請求項１または２に記載の指紋センサ。
6. 【請求項６】 複数の温度センサ、各温度センサに通電
   する配線並びに被検者が指を載置する検出面をなす絶縁
   膜を基板上に順次積層して形成し、前記検出面に指が載
   置された際に指紋の谷部と山部の伝熱特性の差に基づい
   て指紋画像を検出する指紋センサにより検出した入力指
   紋画像をあらかじめ登録した参照指紋画像と比較して指
   紋照合をおこなう指紋照合装置において、前記基板上に
   複数の温度センサ、配線および絶縁膜を積層する際に生
   ずる前記温度センサ上の凹部に配設した熱伝導可能な突
   起部と、 前記突起部を介して指に熱伝導した後の温度に応じて前
   記温度センサに流れる電流値に基づいて指紋画像を検出
   する指紋画像検出手段と、 前記指紋画像検出手段により検出された入力指紋画像を
   前記参照指紋画像と照合する指紋照合手段とを備えたこ
   とを特徴とする指紋照合装置。
7. 【請求項７】 複数の温度センサ、各温度センサに通電
   する配線並びに被検者が指を載置する検出面をなす絶縁
   膜を基板上に順次積層した指紋センサを製造する指紋セ
   ンサの製造方法であって、 前記基板上に前記複数の温度センサ並びに該温度センサ
   に通電する配線をそれぞれ層形成する第１の層形成工程
   と、 前記第１の層形成工程により形成された層上に被検者が
   指を載置する検出面をなす絶縁膜を層形成する第２の層
   形成工程と、 前記第２の層形成工程により形成された絶縁膜層上に熱
   伝導可能な突起部を層形成する第３の層形成工程とを含
   んだことを特徴とする指紋センサの製造方法。
8. 【請求項８】 複数の温度センサ、配線並びに絶縁膜を
   基板上に順次積層した指紋センサを製造する指紋センサ
   の製造方法であって、 前記基板上に前記複数の温度センサ並びに該温度センサ
   に通電する配線をそれぞれ層形成する第１の層形成工程
   と、 前記第１の層形成工程により形成された層上に熱伝導可
   能な突起部を層形成する第２の層形成工程と、 前記第２の層形成工程により形成された層上に被検者が
   指を載置する検出面をなす絶縁膜を層形成する第３の層
   形成工程とを含んだことを特徴とする指紋センサの製造
   方法。
9. 【請求項９】 複数の温度センサ、配線並びに絶縁膜を
   基板上に順次積層した指紋センサを製造する指紋センサ
   の製造方法であって、 前記基板上に熱伝導可能な突起部を層形成する第１の層
   形成工程と、 前記第１の層形成工程により形成された層上に複数の温
   度センサ並びに該温度センサに通電する配線をそれぞれ
   層形成する第２の層形成工程と、 前記第２の層形成工程により形成された層上に被検者が
   指を載置する検出面をなす絶縁膜を層形成する第３の層
   形成工程とを含んだことを特徴とする指紋センサの製造
   方法。