JP2004013654A - Fingerprint reader - Google Patents

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JP2004013654A
JP2004013654A JP2002168157A JP2002168157A JP2004013654A JP 2004013654 A JP2004013654 A JP 2004013654A JP 2002168157 A JP2002168157 A JP 2002168157A JP 2002168157 A JP2002168157 A JP 2002168157A JP 2004013654 A JP2004013654 A JP 2004013654A
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Japan
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fingerprint
finger
thermistor
driving
micro
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Application number
JP2002168157A
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Inventor
Itaru Fukushima
福島 格
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CYBER GRAPHICS KK
Original Assignee
CYBER GRAPHICS KK
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that an optical fingerprint reader may determine a forged fingerprint as a genuine if the forged fingerprint, which has the same pattern as a fingerprint, is attached to a finger and then the reader reads it, and to provide a means for certainly authenticating personal identification. <P>SOLUTION: A method to read out the projection and recess form of a fingerprint detects temperature characteristics in heating the body heat of a fingerprint part using a minute thermistor element that heats it and measures its temperature. In this method, a risk of incorrect recognition due to attaching a forged pattern to the finger is removed. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はコンピュータシステムやデータ通信システムや各種専用端末などの機密情報を収納している装置について、その操作者が許可を受けた本人であることの確認を行う際や、機密情報のある建築室内へ入室する際、事前に許可された本人である事を確認するためのシステム技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、機密情報を収納している装置について、その操作者が許可を受けた本人であることの確認をおこなう際や、機密情報のある建築室内へ入室する際、事前に許可された本人である事を確認する手段としては、事前に発行され本人あてに支給されたカードの読み取り、音声認識、目の虹彩の認識、指紋の光イメージ認識等の技術が用いられていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上述の通り、本人であることを確認する手段として、従来さまざまな手段が考えられてきたが、偽造や不正な行為で本人に代わって本人に成りすます事態は従来の手段では避け得なかった。例えば、磁気カード、ICカードを持参した者を本人とみなしたり、さらに暗証番号を併用するなどの手段であっても、本人でなくとも本人となりえる事は言を待たない。また声紋を認識する音声認識によるものは不確実性が残っており、また人類の全ての声紋が異なるという事はいえないし、風邪を引いた場合など、普段と変わる音声となる事からも不確定であるといえる。
【0004】
目の虹彩による判別は未だに完成された技術ではなく、かつ簡便な方法とは言いがたく、実用的ではない。
【0005】
指紋は唯一各個人が千差万別のパターンを有し、かつ比較的検出識別が容易である。
【0006】
しかしながら、もしも本人の指紋パターンを別途何らかの手段で入手し、そのイメージをフィルムやゴム膜の表面へ印刷し、指に取り付けたような場合、光学的に検知する従来の指紋読み取り機により走査するごとき光学的処理のみではそのままその偽造パターンを読み取られ、本人になりすます事は将来、比較的容易となり得ると考えられる。
【0007】
従って、人体の手指における生体上の特性による検知手段の実現が望まれる所であった。即ち、手指のぬくもりや指の熱エネルギーの伝達特性に注目した新方式の指紋読み取り手段の実現が望まれる。
【0008】
本発明は、既存の本人確認の手段が有するこれらの問題点を解決し、確実に本人か否かの判断をする手段を提供する。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上述の通り、従来の指紋認識は個人識別の手段としては有効な手段でありながら光学的に指紋イメージパターンの認識を行うかぎり、もしも本人の指紋を別途何らかの手段で入手し、そのイメージをフィルムやゴム膜の表面へ印刷し、これを指に取り付け、光学的に検知する従来の指紋読み取り機に対し走査した場合、光で走査して認識するのみではそのままその偽造イメージパターンを読み取られ、本人になりすます事は将来、比較的容易となり得ると考えられる。この事態を回避するには人間の手指である事による生体としての反応特性を応用することが解決策になる事が判明した。すなわち、手指は人体の一部であることにより、体温による熱エネルギーを有しており、かつ、外部から熱エネルギーを加えられた場合、その放熱特性は、用紙やゴム膜などに印刷された指紋イメージとは異なるものとなることと、実際の手指の指紋はその文様により、立体的に凹凸の形態があり、この形状は用紙やゴム膜上の印刷イメージとは異なる熱特性を有している。これらの特性を本発明による新しいサーマルヘッドにより熱検知することで、真偽判定をすることを可能とした。
【0010】
即ち本発明は、一列に配列された微小サーミスタ抵抗群で構成されたサーマルヘッドとしての電気回路ユニットと、
同電気回路ユニットが組み込まれた機構部分と、
同機構部分により指紋表面を走査する際に、前記微小サーミスタ抵抗群を加熱駆動する回路と、
同加熱駆動の結果、前記微小サーミスタ抵抗群の抵抗値の変化を検知するための電圧検知回路よりなる指紋読取装置である。
【0011】
【発明の実施の形態】
まず、本発明における指紋読取装置における加熱素子を兼ねた熱検出素子が組み込まれたサーマルヘッド600について述べる。
【0012】
図1に同サーマルヘッド600の外観形状例を示す。
【0013】
同図において微小発熱体(抵抗素子)101,102、・・・109は指紋の文様を読み取るため100μm角程度の大きさで、厚さが1〜2μm程度に仕上がるよう、銅体板上にアルミニウム、クローム等からなる合金金属を薄膜蒸着する技術およびフォトエッチング技術で製造される。
【0014】
これに用いる製造技術および生産設備は通常のサーマルヘッドの生産の場合となんら変わりはなく、単に、銅体上に蒸着する材質がクロームやアルミニウムの合金のサーミスタ素子に置き換わったのみである。なお、同素子に対し仕上げとして、ダイヤモンドに次ぐ硬度の窒化シリコンをこれも薄膜蒸着技術により上塗りして、保護膜層としている。
【0015】
なお、厚膜技術により、本素子101,102、・・・109を生産しても本特許の趣旨を逸脱することなく、本発明の目的は達成できる。
【0016】
微小発熱体101,102、・・・109はおのおの独立した抵抗素子であって、電流を各々に流した場合、一般抵抗と同じに発熱エネルギーを生じるが、サーミスタ素子の特性として、図2に示すごとく、温度上昇につれて徐々にその抵抗値が変化する。従って、その抵抗値r1を後述のごとく付加的な
回路手段で検知することにより、図2からその時点における同抵抗素子の発熱温度t1を知る事が可能となる。
【0017】
図1においては、さらに定電圧電源回路パターン299から分岐して枝分かれする回路パターン201,202、・・・、209が各抵抗素子101,102、・・・109の一端に接続され、他端は回路パターン301,302、・・・309として引き出され、図3の制御回路に出力される.
なお、抵抗素子は通常、上述のごとく100μm程度の大きさで一列に並ぶので、幅として20mm程度の指紋を検知するには余裕を見て300個の抵抗素子が直線状に配置されることになる。
【0018】
指紋読み取りにあたってはこれら300個の抵抗素子が互いに独立して温度検知がなされる。
【0019】
なお、指紋の読み取りにあたっては、後述のごとく、これら一列に並んだ抵抗素子を横切るように、図8のごとく指紋が読み取られる手指が移動するか、あるいは図9のごとく手指が停止している状態で、抵抗素子群が同手指の下を移動することで、後述の読み取りが行われる。
【0020】
次に指紋を読み取る手指とサーマルヘッド600の読み取り時の動作時の動作について述べる。
【0021】
図8に示すように、サーマルヘッド600に指紋を読み取る手指605を乗せると同時に読み取り開始タイミング生成ボタン603も押下すると、その押下タイミングより以降、一定周期で読み取りが開始される。なお、固定されて移動しない前記機構部分の微小サーミスタ群の配列方向に直角な方向に指紋を読み取る指を乗せ、同指を移動させる事により指紋表面を順次走査するために、同機構部分に隣接して回転歯車を設置し、同歯車が同指の移動により回転する事により、主走査のタイミングを生成する手段をさらに備える形式は本発明の好ましい態様の一つである。即ち、構造として読み取り開始タイミング生成ボタン603のかわりに回転歯車をおき、手指がサーマルヘッド600を移動するにつれ同歯車に手指が接して同時に回転させることにより、その回転動作を検知光学的あるいは磁気的に検知して、周期的な読み取りタイミングを得ることも本発明の具体的実施例とみなせる。
【0022】
また、前記機構部分をステップ駆動するためのステップモーターと、同ステップモータの駆動を開始するタイミングを生成するためのスイッチ部品と、同スイッチからの駆動開始信号により前記ステップモータの駆動を開始し、一定時間前記ステップモータを駆動する駆動回路とをさらに備える形式も本発明の好ましい態様の一つである。
【0023】
具体的には、図9に示す形式においては、手指704を動かさずに、サーマルヘッド600の上に置いた状態において、同サーマルヘッド600を索引するタイミングベルト702に接続されるステップモータ703が回転する事により、サーマルヘッド600が移動する際にモーターの回転に同期した読み取りタイミングで指紋パターンの読み取りが行われる。なお、この図9には記されていないが手指704がサーマルヘッド600の上に置かれた事を検知するセンサーか、もしくは押下スイッチ等により、指紋の読み取り開始を行う事になる。
【0024】
次に図3によって、上記の微小サーミスタ抵抗群によるサーマルヘッド600のうち、任意の1素子についてどのように指紋検知に利用されるかについて記す。
【0025】
上述のごとく全素子が独立して制御されるので、任意の1素子についての説明のみで、他の素子も同様に制御されると考えてよい。
【0026】
図3においては、図1の回路パターン301,302、・・・309のうち任意の信号が図3の入力信号401として入力される。
【0027】
図3の例では図1の左端の素子101が回路パターン201、301により接続されている状況を示すが、図1の他の素子102、103、・・・109についても図3と同様回路にすべて接続される。なお図1の太線のパターン299は電源パターンであって通常は12〜15V程度の定電圧に設定された低電圧電源に接続される。この端子は図1では端子VCCで示す。
【0028】
図1の回路パターン301,302、・・・309のうち他のパターンも同図3と同様の回路に接続され、同様に制御される。
【0029】
次に手指の指紋をどのように微小サーミスタ群を搭載したサーマルヘッドが読み取るかについて、以下に説明する。
【0030】
指紋は指の皮膚上に曲線的に連続する凹凸の線によって形成されている。
【0031】
微小サーミスタに接する凸部分と、同サーミスタに接しない、凹部分とでは、同サーミスタが過熱された際の温度上昇カーブが異なる。これを図6で説明する。図6で曲線t1−t2−t4―t5は指紋の凸部に接する微小サーミスタの加熱時の温度変化を、また曲線t1−t3−t5は指紋の凹部の温度変化を示す。この図において時刻t1より時刻t2もしくは時刻t3までの間、微小サーミスタに電流を流し、時刻t2もしくはt3以降は電流駆動が停止する。このため温度は降下する。
【0032】
どちらも自動制御で言うところの1次遅れ応答カーブであるが、2つの曲線の時定数は異なる。すなわち、微小サーミスタに指紋の凸部が接している
場合は人体の体温を超える温度になると、微小サーミスタにおいて発生した
発熱エネルギーは人体に吸収されるので曲線t1−t2−t4―t5のごとくになり体温を大きくは超えない。
【0033】
然るに、微小サーミスタに指紋の凹部が接している部分では微小サーミスタの表面には指紋部分が接しないので、凸部に比し、発熱エネルギーの吸収体がなく、曲線t1−t3−t5のごとく高温のカーブで推移する。
【0034】
従って、時刻t2もしくは時刻t3のタイミングで、微小発熱体の温度測定を行うと、そのピーク温度が異なるから、該当微小サーミスタがいま指紋の凹部に接しているのか、または、凸部に接しているのか判定できる。
【0035】
その具体的読み取り方法について以下に説明する。
【0036】
図3は指紋を読み取るための制御回路を示す。
【0037】
回路図である図3において、左上の破線で囲んだ回路は、図1の微小サーミスタで構成されたサーマルヘッドのうち、左端の微小サーミスタ101とパターン201と301の部分を示す。すなわち図3の制御回路は微小サーミスタの1ビットに対応している。したがって微小サーミスタの数がNドット分サーマルヘッド上にあるとすると、図3の回路もN倍だけ存在する事になる。したがって本発明の実現には、これらの回路を高密度集積した例えばLSI化が必要と思われる。この結果、本発明の指紋読取装置は小型のユニットにまとめることが可能となる。
【0038】
さて、指紋の読み取りに先立ちまず、装置の読み取り開始ボタンを押下する事により、読み取り開始信号400が入力され、フリップフロップ403がセットされる。このフリップフロップ403は読み取り終了時リセット信号402が入力されるまで“1”となり、この間に読み取り動作が行われる。微小サーミスタの駆動制御信号407は当初“0”である。このためインバータ408で反転した同駆動信号は論理積ゲート405で前記フリップフロップ403の出力と論理積がとられ“1”となる。この結果、駆動トランジスタ410はON状態となり、微小サーミスタ101に電流が定電圧電源端子VCCより流れる。この結果、微小サーミスタ101はジュール熱が発生し、温度上昇する。
【0039】
このとき、その微小発熱体が指紋の凸部と接するか、凹部と接するかによって人体へのその発生熱エネルギーの吸収量が異なり、凹部と接する場合は図6の波形t1−t3−t5のごとく推移し、凸部と接する場合は図6の波形t1−t2−t4−t5のごとく推移する。同図で時刻t1から時刻t2もしくはt3までは図5において信号405が“1”で、この間はトランジスタ410はON状態であるので、温度は上昇している。次いで信号407が“0”から“1”へ変化すると、図5に示すごとく、信号405は“0”となり、従ってトランジスタ410はOFFとなり、電流は停止するので、サーミスタ101の温度は降下を開始する。
【0040】
上記信号407が“1”へ変化する際、論理積409の出力はフリップフロップ403が“1”なので“1”となる。この立ち上がり変化点でワンショットパルスゼネレータ411が1μ秒程度の短時間パルス出力を生じる。同パルスはトランジスタ412を1μ秒の間ONにする。
【0041】
このときトランジスタ410はOFFの状態であることに留意するとサーミスタ101に流れる電流はすべてトランジスタ412へ流れ込む事がわかる。この電流は固定抵抗415に流れたあと、グランドレベルへ流れ込む。同固定抵抗415に生ずる電圧は次段の直流演算増幅器416で増幅され次段のA/Dコンバータでアナログ/デジタル変換され、8ビットの値に変換される。
【0042】
このとき、サーミスタ101に接する指紋部分が凹部であれば、前述のごとく凸部に接しているときよりは人体での熱吸収が少ないのでより高温となるのでサーミスタ101は図2に示すごとく、より低抵抗となり流れる電流値は増加する。従って、固定抵抗415の電圧はより大となりこの結果、A/Dコンバータ418の出力値は凸部に接しているときよりも大となる。逆にいえば、A/Dコンバータ418の出力値がある閾値よりも大であればそのとき、サーミスタ101は指紋の凹部に接している事になり、A/Dコンバータ418の出力値がある閾値よりも小であればサーミスタ101は指紋の凸部に接しているという事が言える。
【0043】
従って、このことを連続的に指紋部分の移動につれて繰り返し行えば、指紋の形状の情報が得られることになる。
【0044】
なお、サーミスタ101は例えば常温時において、たとえば102、103、・・・109など他のサーミスタと比較してみるとその抵抗値に若干のばらつきが存在し、トランジスタ412もまた、他のトランジスタとの比較において、測定時のON抵抗値にばらつきがあり、直流増幅器もまたそのオフセット値にばらつきがある。これらを事前に総合的に調べ、その補償値を記憶しておき、実際の読み取り時においてこの補償値を測定値から差し引くことによってより読み取りの精度を上げることが可能である。
【0045】
これらの補償値はたとえば図6の数値aで示す数値である。
【0046】
この数値aの補償のための測定は加熱駆動しなくてもよく、たとえば、事前の装置調整時においてごく短時間フリップフロップ403の信号と信号407を入力しワンショットゼネレータ411を単発出力し、その時のトランジスタ412を駆動して流れる電流値を抵抗415で電圧に変え、直流演算増幅器416次いでA/Dコンバータ418の出力値を補償値レジスタ420に記憶させておくことで、この数値aについての補償ができる。実際の指紋読み取り時においては同補償レジスタ420の数値をA/Dコンバータ418の出力値から引き算回路424により差し引く。この結果、図6のaは差し引きかれ、図7のごとく数値aが除去されたときの時刻t2もしくはt3における値が各走査時の最大値で、この値は8ビットの構成による数値であるがこの値と、8ビットの閾値入力値434とがコンパレータ427により大小比較され、その結果、引き算回路424の値の方が閾値入力値434よりも大であるときは指紋の凹部を検知したとして“1”がシフトレジスタ428にセットされる。同様に引き算回路424の値の方が閾値入力値434よりも小であるときは指紋の凸部を検知したとして“0”がシフトレジスタ428にセットされる。すなわち、回路図である図5において示されるごとく、サーミスタ101の温度上昇の高低によって、コンパレータ427の出力値が決定されシフトレジスタ428に記憶される。このとき記憶のために使用されるクロックパルスはワンショットゼネレータ411の出力パルスを遅延回路426にて遅延させて使用する。
【0047】
これはA/Dコンバータ418におけるA/D変換は多少時間がかかるため、変換値が保証されるタイミングまで遅らせるためである。
【0048】
このシフトレジスタ428は手指の指紋部分を順次走査するにつれ、信号407が入力される周期で、順次読み取り結果がシフトレジスタ428に入力される。
【0049】
前述のごとく、図1の発熱素子の数だけこの図3の回路があり、したがってシフトレジスタ428も同発熱素子の数だけある。
【0050】
この結果、図4に示すごとく、発熱素子の数だけの段数のシフトレジスタ群が形成され、そのシフトレジスタの段数は指紋を走査した時の走査本数と一致する。この結果、2次元のマトリックス状の読み取り結果のレジスタが形成される。図10は、実際の読み取り結果が収納される同レジスタと、同レジスタに格納されるに格納される指紋イメージの対応関係を示す図である。
【0051】
読み取った結果は、図3のシフトクロック信号429が入力されるたびに出力信号435よりシフトして外部へ出力され指紋認識回路へと送られる。
【0052】
なお、本特許は手指の指紋へサーマルヘッドにより加熱と温度検知を行う事が特長であるが、実際の加熱時間は各走査時間が1ms程度であり、かつ、同一箇所での連続過熱は行わないことさらには温度は高々50℃程度であって特に人体にたいし、火傷等の損傷は与えない。
【図面の簡単な説明】
【図1】微小検出抵抗体群の外観形状を示す図である。
【図2】検出抵抗素子の温度―抵抗特性を示す図である。
【図3】指紋を読み取るための制御回路を示す図である。
【図4】読み取り結果を格納する2次元レジスタの図である。
【図5】図3の制御回路の動作を示すタイミングチャート図である。
【図6】指紋の凸部および凹部に接する微小サーミスタの加熱時の温度変化を示す図である。
【図7】図6におけるaを差し引いた、加熱時の温度変化を示す補正図である。
【図8】本発明の1実施態様を示す図である。
【図9】本発明の別の実施態様を示す図である。
【図10】読み取り結果を格納する2次元レジスタおよび指紋の読み取り結果のパターンの収納の関係を示す図である。
【符号の説明】
600……サーマルヘッド
101〜109……微小発熱体
201〜209……回路パターン
301〜309……回路パターン
299……定電圧電源回路パターン
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a device that stores confidential information, such as a computer system, a data communication system, and various types of dedicated terminals, when confirming that an operator is an authorized person, or in a building having confidential information. The present invention relates to a system technology for confirming that a person is authorized in advance when entering a room.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when confirming that the operator of a device storing confidential information is the authorized person or when entering a building room with confidential information, the operator is an authorized person in advance. As means for confirming this, techniques such as reading of a card issued in advance and issued to the user, voice recognition, recognition of the iris of the eye, and optical image recognition of a fingerprint have been used.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
As mentioned above, various methods have been considered in the past to confirm the identity of the person.However, impersonating the person in place of the person due to forgery or fraudulent acts could not be avoided by conventional means. . For example, even if the person who brought the magnetic card or the IC card is regarded as the person, or even if a password is used in combination, the person can be the person other than the person. In addition, voice recognition that recognizes voiceprints has uncertainty, and it cannot be said that all human voiceprints are different, and it is uncertain because the voice will be different from normal, such as when a cold is caught. You can say that.
[0004]
Discrimination based on the iris of the eye is not yet a completed technique, is not a simple method, and is not practical.
[0005]
Fingerprints are unique to each individual, and are relatively easy to detect and identify.
[0006]
However, if the fingerprint pattern of the person is obtained by some other means, the image is printed on the surface of a film or rubber film, and the image is attached to a finger, it is scanned by a conventional fingerprint reader that detects optically. It is thought that it will be relatively easy in the future to read the forged pattern as it is and to impersonate the person only by optical processing.
[0007]
Therefore, it has been desired to realize a detection means based on characteristics of a human finger on a living body. That is, it is desired to realize a new type of fingerprint reading means that focuses on the warmth of fingers and the thermal energy transfer characteristics of fingers.
[0008]
The present invention solves these problems of existing identity verification means, and provides means for reliably determining whether or not the identity is the identity.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
As described above, conventional fingerprint recognition is an effective means for personal identification, but as long as the fingerprint image pattern is optically recognized, if the fingerprint of the person himself is obtained by some other means, the image can be obtained on a film or the like. When printed on the surface of the rubber film, attached to a finger, and scanned by a conventional fingerprint reader that optically detects, the forged image pattern is read as it is just by scanning with light and recognizing it, It is thought that spoofing can be relatively easy in the future. In order to avoid this situation, it has been found that a solution is to apply the reaction characteristics as a living body by being a human finger. That is, since a finger is a part of the human body, it has heat energy due to body temperature, and when heat energy is applied from the outside, its heat radiation characteristic is a fingerprint printed on paper or a rubber film. Due to the fact that it is different from the image and the actual fingerprint of the finger has a three-dimensional uneven shape due to its pattern, this shape has different thermal characteristics from the printed image on paper or rubber film . By detecting these characteristics with a new thermal head according to the present invention, it is possible to determine the authenticity.
[0010]
That is, the present invention provides an electric circuit unit as a thermal head composed of a small thermistor resistor group arranged in a line,
A mechanical part incorporating the electric circuit unit,
A circuit for heating and driving the micro thermistor resistors when scanning the fingerprint surface by the same mechanism;
The fingerprint reading device includes a voltage detection circuit for detecting a change in the resistance value of the micro thermistor resistor group as a result of the heating drive.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
First, a description will be given of a thermal head 600 in which a heat detecting element also serving as a heating element is incorporated in the fingerprint reader according to the present invention.
[0012]
FIG. 1 shows an example of the external shape of the thermal head 600.
[0013]
In the figure, micro heating elements (resistor elements) 101, 102,... 109 are about 100 μm square for reading the pattern of a fingerprint, and aluminum is formed on a copper body plate so as to have a thickness of about 1 to 2 μm. It is manufactured by a technique of depositing an alloy metal made of chromium or the like into a thin film and a photo etching technique.
[0014]
The manufacturing technique and production equipment used for this purpose are not different from those for the production of ordinary thermal heads, only the material deposited on the copper body is replaced by a thermistor element made of chrome or aluminum alloy. In addition, as a finish of the element, silicon nitride having the hardness next to diamond is also overcoated by a thin film deposition technique to form a protective film layer.
[0015]
Note that even if the present elements 101, 102,... 109 are produced by the thick film technique, the object of the present invention can be achieved without departing from the gist of the present patent.
[0016]
Each of the micro heating elements 101, 102,... 109 is an independent resistance element, and when current is applied to each of them, generates heat energy in the same manner as general resistance. However, the characteristics of the thermistor element are shown in FIG. As shown, the resistance value gradually changes as the temperature rises. Therefore, by detecting the resistance value r1 with additional circuit means as described later, it is possible to know the heat generation temperature t1 of the resistance element at that time from FIG.
[0017]
In FIG. 1, circuit patterns 201, 202,..., 209 further branched off from the constant voltage power supply circuit pattern 299 are connected to one end of each of the resistance elements 101, 102,. 309 are outputted as circuit patterns 301, 302,... 309 and output to the control circuit of FIG.
Note that since the resistance elements are usually arranged in a line with a size of about 100 μm as described above, 300 resistance elements are arranged in a straight line with a margin to detect a fingerprint having a width of about 20 mm. Become.
[0018]
In fingerprint reading, these 300 resistance elements detect temperature independently of each other.
[0019]
In reading the fingerprint, the finger from which the fingerprint is read moves as shown in FIG. 8 or crosses the resistive elements arranged in a line as described later, or the finger stops as shown in FIG. Then, as the resistance element group moves under the same finger, reading described later is performed.
[0020]
Next, the operation of the finger for reading the fingerprint and the operation of the thermal head 600 during reading will be described.
[0021]
As shown in FIG. 8, when the finger 605 for reading a fingerprint is placed on the thermal head 600 and the reading start timing generation button 603 is pressed at the same time, reading is started at a constant period after the pressing timing. In addition, a finger for reading a fingerprint is placed in a direction perpendicular to the arrangement direction of the micro thermistor group of the mechanism portion that is fixed and does not move, and the finger surface is moved so as to sequentially scan the fingerprint surface. A preferred embodiment of the present invention is a form in which a rotary gear is provided, and the gear further rotates by the movement of the same finger to further generate a main scanning timing. That is, as a structure, a rotating gear is provided instead of the read start timing generation button 603, and as the finger moves the thermal head 600, the finger touches the gear and simultaneously rotates the same, thereby detecting the rotation operation optically or magnetically. , And obtaining a periodic reading timing can be regarded as a specific embodiment of the present invention.
[0022]
Further, a step motor for step-driving the mechanism portion, a switch component for generating a timing for starting driving of the step motor, and starting driving of the step motor by a drive start signal from the switch, A preferred embodiment of the present invention is a form further including a drive circuit for driving the step motor for a fixed time.
[0023]
Specifically, in the format shown in FIG. 9, in a state where the finger 704 is not moved and is placed on the thermal head 600, the step motor 703 connected to the timing belt 702 for indexing the thermal head 600 rotates. Thus, when the thermal head 600 moves, the fingerprint pattern is read at a reading timing synchronized with the rotation of the motor. Although not shown in FIG. 9, fingerprint reading is started by a sensor that detects that the finger 704 is placed on the thermal head 600 or by a push switch or the like.
[0024]
Next, referring to FIG. 3, a description will be given of how any one element of the thermal head 600 using the above-described micro thermistor resistor group is used for fingerprint detection.
[0025]
Since all elements are independently controlled as described above, it may be considered that only one element is described and other elements are similarly controlled.
[0026]
3, an arbitrary signal among the circuit patterns 301, 302,... 309 of FIG. 1 is input as the input signal 401 of FIG.
[0027]
In the example of FIG. 3, the left end element 101 in FIG. 1 is connected by circuit patterns 201 and 301, but the other elements 102, 103,... All connected. The bold line pattern 299 in FIG. 1 is a power supply pattern and is usually connected to a low voltage power supply set to a constant voltage of about 12 to 15 V. This terminal is designated by the terminal VCC in FIG.
[0028]
The other patterns among the circuit patterns 301, 302,... 309 in FIG. 1 are connected to the same circuit as in FIG.
[0029]
Next, how the fingerprint of the finger is read by the thermal head equipped with the micro thermistor group will be described below.
[0030]
Fingerprints are formed on the skin of a finger by lines of unevenness that are continuous in a curve.
[0031]
The temperature rise curve when the thermistor is overheated is different between the convex portion that contacts the micro thermistor and the concave portion that does not contact the thermistor. This will be described with reference to FIG. In FIG. 6, a curve t1-t2-t4-t5 shows a temperature change at the time of heating the micro thermistor in contact with the convex part of the fingerprint, and a curve t1-t3-t5 shows the temperature change of the concave part of the fingerprint. In this figure, a current flows through the micro thermistor from time t1 to time t2 or time t3, and the current drive stops after time t2 or t3. This causes the temperature to drop.
[0032]
Both are first-order lag response curves referred to in automatic control, but the time constants of the two curves are different. In other words, when the convex part of the fingerprint is in contact with the micro thermistor, if the temperature exceeds the body temperature of the human body, the heat generated in the micro thermistor is absorbed by the human body, so that the curve becomes as shown by a curve t1-t2-t4-t5. Does not greatly exceed body temperature.
[0033]
However, since the fingerprint portion does not contact the surface of the micro thermistor in the portion where the fingerprint concave portion is in contact with the micro thermistor, there is no heat energy absorber as compared with the convex portion, and the temperature is high as shown by the curve t1-t3-t5. The curve changes.
[0034]
Therefore, when the temperature of the minute heating element is measured at the timing of time t2 or time t3, the peak temperature is different, so that the minute thermistor is in contact with the concave portion of the fingerprint or is in contact with the convex portion of the fingerprint. Can be determined.
[0035]
The specific reading method will be described below.
[0036]
FIG. 3 shows a control circuit for reading a fingerprint.
[0037]
In FIG. 3 which is a circuit diagram, a circuit surrounded by a broken line on the upper left indicates a portion of the micro thermistor 101 on the left end and the patterns 201 and 301 in the thermal head composed of the micro thermistor of FIG. That is, the control circuit of FIG. 3 corresponds to one bit of the micro thermistor. Therefore, assuming that the number of micro thermistors is N dots on the thermal head, the circuit of FIG. 3 also exists N times. Therefore, in order to realize the present invention, it is considered necessary to integrate these circuits at a high density, for example, as an LSI. As a result, the fingerprint reader of the present invention can be integrated into a small unit.
[0038]
Before the fingerprint is read, the reading start signal 400 is input by pressing the reading start button of the apparatus, and the flip-flop 403 is set. The flip-flop 403 becomes "1" until the reset signal 402 at the end of reading is input, during which the reading operation is performed. The drive control signal 407 of the micro thermistor is initially “0”. Therefore, the driving signal inverted by the inverter 408 is ANDed with the output of the flip-flop 403 by the AND gate 405 to become “1”. As a result, the drive transistor 410 is turned on, and a current flows through the minute thermistor 101 from the constant voltage power supply terminal VCC. As a result, the micro thermistor 101 generates Joule heat and the temperature rises.
[0039]
At this time, the amount of heat energy generated by the human body differs depending on whether the minute heating element is in contact with the convex part or the concave part of the fingerprint, and when the small heating element is in contact with the concave part, as shown by waveforms t1-t3-t5 in FIG. It changes as shown in the waveform t1-t2-t4-t5 in FIG. 5, the signal 405 is “1” in FIG. 5 from time t1 to time t2 or t3, and during this time, the transistor 410 is in the ON state, so that the temperature is rising. Next, when the signal 407 changes from “0” to “1”, as shown in FIG. 5, the signal 405 becomes “0”, and thus the transistor 410 is turned off and the current stops, so that the temperature of the thermistor 101 starts to decrease. I do.
[0040]
When the signal 407 changes to “1”, the output of the logical product 409 becomes “1” because the flip-flop 403 is “1”. At this rising transition point, the one-shot pulse generator 411 generates a short-time pulse output of about 1 μsec. This pulse turns on transistor 412 for 1 μs.
[0041]
At this time, when the transistor 410 is turned off, it can be seen that all the current flowing through the thermistor 101 flows into the transistor 412. This current flows to the ground level after flowing to the fixed resistor 415. The voltage generated at the fixed resistor 415 is amplified by a DC operational amplifier 416 in the next stage, and is converted from analog to digital by an A / D converter in the next stage to be converted into an 8-bit value.
[0042]
At this time, if the fingerprint portion in contact with the thermistor 101 is a concave portion, since the heat absorption by the human body is lower than when the fingerprint portion is in contact with the convex portion as described above, the temperature becomes higher. The resistance value becomes low, and the flowing current value increases. Therefore, the voltage of the fixed resistor 415 becomes larger, and as a result, the output value of the A / D converter 418 becomes larger than when it is in contact with the projection. Conversely, if the output value of the A / D converter 418 is larger than a certain threshold, then the thermistor 101 is in contact with the concave part of the fingerprint, and the output value of the A / D converter 418 is at a certain threshold. If smaller, it can be said that the thermistor 101 is in contact with the convex portion of the fingerprint.
[0043]
Therefore, if this is repeated continuously as the fingerprint portion moves, information on the shape of the fingerprint can be obtained.
[0044]
Note that, for example, at room temperature, the thermistor 101 has a slight variation in resistance when compared with other thermistors, such as 102, 103,..., 109, and the transistor 412 is also different from other transistors. In the comparison, there is variation in the ON resistance value at the time of measurement, and the DC amplifier also has variation in its offset value. These can be comprehensively checked in advance, the compensation values can be stored, and the accuracy of reading can be increased by subtracting the compensation values from the measured values at the time of actual reading.
[0045]
These compensation values are, for example, numerical values indicated by numerical values a in FIG.
[0046]
The measurement for compensating the numerical value a does not have to be performed by heating. For example, the signal of the flip-flop 403 and the signal 407 are input for a very short time during the preliminary adjustment of the apparatus, and the one-shot generator 411 outputs a single shot. The current value flowing by driving the transistor 412 is changed to a voltage by the resistor 415, and the output value of the DC operational amplifier 416 and then the A / D converter 418 is stored in the compensation value register 420. Can be. At the time of actual fingerprint reading, the subtraction circuit 424 subtracts the value of the compensation register 420 from the output value of the A / D converter 418. As a result, a in FIG. 6 is subtracted, and the value at the time t2 or t3 when the numerical value a is removed as shown in FIG. 7 is the maximum value in each scan, and this value is a numerical value with an 8-bit configuration. This value and the 8-bit threshold input value 434 are compared in magnitude by the comparator 427. As a result, when the value of the subtraction circuit 424 is larger than the threshold input value 434, it is determined that the concave portion of the fingerprint is detected. 1 "is set in the shift register 428. Similarly, when the value of the subtraction circuit 424 is smaller than the threshold input value 434, "0" is set in the shift register 428 on the assumption that the convex portion of the fingerprint has been detected. That is, as shown in FIG. 5 which is a circuit diagram, the output value of the comparator 427 is determined based on the temperature rise of the thermistor 101 and stored in the shift register 428. At this time, a clock pulse used for storage is used by delaying an output pulse of the one-shot generator 411 by a delay circuit 426.
[0047]
This is because the A / D conversion in the A / D converter 418 takes some time, and is delayed until timing when the converted value is guaranteed.
[0048]
As the shift register 428 sequentially scans the fingerprint portion of the finger, the result of the sequential reading is input to the shift register 428 in a cycle in which the signal 407 is input.
[0049]
As described above, there are as many circuits as shown in FIG. 3 as the number of heating elements in FIG. 1, and therefore, there are as many shift registers 428 as the number of heating elements.
[0050]
As a result, as shown in FIG. 4, a shift register group having the number of stages equal to the number of the heating elements is formed, and the number of stages of the shift register matches the number of scans when the fingerprint is scanned. As a result, a two-dimensional matrix read result register is formed. FIG. 10 is a diagram showing the correspondence between the register in which the actual reading result is stored and the fingerprint image stored in the register.
[0051]
The read result is shifted from the output signal 435 every time the shift clock signal 429 of FIG. 3 is input, output to the outside, and sent to the fingerprint recognition circuit.
[0052]
The feature of this patent is that heating and temperature detection are performed on a fingerprint of a finger by a thermal head, but the actual heating time is about 1 ms for each scanning time, and continuous overheating is not performed at the same location. Furthermore, the temperature is at most about 50 ° C., and particularly, no damage such as burns is given to the human body.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an external shape of a group of minute detection resistors.
FIG. 2 is a diagram showing temperature-resistance characteristics of a detection resistance element.
FIG. 3 is a diagram showing a control circuit for reading a fingerprint.
FIG. 4 is a diagram of a two-dimensional register for storing a read result.
FIG. 5 is a timing chart illustrating an operation of the control circuit of FIG. 3;
FIG. 6 is a diagram showing a temperature change during heating of a micro thermistor in contact with a convex part and a concave part of a fingerprint.
FIG. 7 is a correction diagram showing a temperature change during heating, from which a in FIG. 6 has been subtracted.
FIG. 8 is a diagram showing one embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing another embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating a relationship between a two-dimensional register for storing a reading result and storing of a pattern of a fingerprint reading result.
[Explanation of symbols]
600 thermal heads 101 to 109 minute heating elements 201 to 209 circuit patterns 301 to 309 circuit patterns 299 constant voltage power supply circuit patterns

Claims (3)

一列に配列された微小サーミスタ抵抗群で構成されたサーマルヘッドとしての電気回路ユニットと、
同電気回路ユニットが組み込まれた機構部分と、
同機構部分により指紋表面を走査する際に、前記微小サーミスタ抵抗群を加熱駆動する回路と、
同加熱駆動の結果、前記微小サーミスタ抵抗群の抵抗値の変化を検知するための電圧検知回路よりなる指紋読取装置。
An electric circuit unit as a thermal head composed of a small thermistor resistor group arranged in a line,
A mechanical part incorporating the electric circuit unit,
A circuit for heating and driving the micro thermistor resistors when scanning the fingerprint surface by the same mechanism;
A fingerprint reading device comprising a voltage detection circuit for detecting a change in the resistance value of the micro thermistor resistor group as a result of the heating drive.
前記機構部分をステップ駆動するためのステップモーターと、
同ステップモータの駆動を開始するタイミングを生成するためのスイッチ部品と、
同スイッチからの駆動開始信号により前記ステップモータの駆動を開始し、一定時間前記ステップモータを駆動する駆動回路とをさらに備える請求項1記載の指紋読取装置。
A step motor for step driving the mechanism part,
A switch component for generating a timing to start driving the step motor,
2. The fingerprint reading device according to claim 1, further comprising: a driving circuit that starts driving the step motor in response to a driving start signal from the switch and drives the step motor for a predetermined time.
固定されて移動しない前記機構部分の微小サーミスタ群の配列方向に直角な方向に指紋を読み取る指を乗せ、同指を移動させる事により指紋表面を順次走査するために、同機構部分に隣接して回転歯車を設置し、同歯車が同指の移動により回転する事により、主走査のタイミングを生成する手段をさらに備える請求項1記載の指紋読取装置。Place a finger that reads a fingerprint in a direction perpendicular to the arrangement direction of the micro thermistor group of the mechanism part that is fixed and does not move, and scans the fingerprint surface sequentially by moving the finger, so that it is adjacent to the mechanism part. 2. The fingerprint reading apparatus according to claim 1, further comprising means for installing a rotating gear, and generating a main scanning timing by rotating the gear by movement of the finger.
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