JP2004173826A

JP2004173826A - 光学式センサ、カード型情報記録媒体及びそれを用いた情報処理システム

Info

Publication number: JP2004173826A
Application number: JP2002342105A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Kondo; 貴幸近藤; Kazuhiko Amano; 和彦天野; Mitsutoshi Miyasaka; 光敏宮坂
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2002-11-26
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2022-11-26
Also published as: JP3982396B2

Abstract

【課題】本人照合精度が高く、小型・薄型化が実現可能な光学式センサを提供する。
【解決手段】シート状基板１１に発光素子５１及び受光素子５２が設けられる。発光素子５１及び受光素子５２の少なくともいずれか一方が半導体基板に形成され、且つフィルムに貼付された状態で半導体基板から切り離されてシート状基板１１に接合された半導体素子からなる。
【選択図】図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学式センサ、カード型情報記録媒体及びそれを用いた情報処理システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本人照合のために、指紋検出センサを用いる技術が提案されている。特許文献１には抵抗感知型指紋検出センサが、特許文献２には光電式指紋検出センサが、特許文献３には圧電式指紋検出センサが、特許文献４には静電容量式指紋検出センサがそれぞれ開示されている。
【０００３】
しかし、本人照合を指紋だけに頼ると、その本人が生存していない場合にも指紋を採取できるので、犯罪に悪用される懸念がある。そこで、特許文献５には、読み取りローラ上を走査される指の指紋を光学的に読み取ると共に、その近傍に設けた脈拍センサにより脈拍を検出する技術が開示されている。また、特許文献６には、圧力センサを用いて脈拍をモニターする技術や赤外線センサで生体から放出される熱（体温）をモニターする技術が開示されており、特許文献７には血液の酸素濃度や脈拍等の血液情報を光学的に検出する技術が開示されている。
【０００４】
図▲１▼
特開平３−６７９１号公報
図▲２▼
特開平４−２７１４７７号公報
図▲３▼
特開平５−６１９６５号公報
図▲４▼
特開平１１−１１８４１５号公報
図▲５▼
特開２００１−１８４４９０号公報
図▲６▼
特開平６−１８７４３０号公報
図▲７▼
特開平７−３０８３０８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来技術には、以下のような問題が存在する。上記特許文献で開示されている光学式センサには、ローラやプリズムが用いられているため、例えば携帯用カード等にセンサ機能を搭載させるための小型・薄型化を実現することが困難である。また、指紋照合以外の本人照合手段として、脈拍を検出する場合、脈拍はパルスであるので偽造がた易いという問題があった。
【０００６】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、本人照合精度が高く、小型・薄型化が実現可能な光学式センサ、カード型情報記録媒体及びそれを用いた情報処理システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、以下の構成を採用している。
本発明の光学式センサは、シート状基板に発光素子及び受光素子が設けられた光学式センサであって、前記発光素子及び受光素子の少なくともいずれか一方は、半導体基板に形成され、且つフィルムに貼付された状態で前記半導体基板から切り離されて前記シート状基板に接合された半導体素子からなることを特徴とするものである。
【０００８】
従って、本発明では、発光素子から、例えば検知対象者の指に光を照射し、その反射光や透過光を受光素子で受光することで、検知対象者の脈波を検出することができる。脈波の形状は生存する人間固有のものであり、脈波から抽出される指標もまた、生存する人間固有のものである。この点、脈波自体でなく、その一成分である例えば脈拍等のパルスを直接検出しようとした場合、そのようなパルスは人為的に生成可能である。一方、脈波の波形を偽造することは極めて困難であり、かつ、その脈波中のいずれかの指標をも偽造することは不可能に近い。よって、本発明の一態様によれば、本人照合精度が極めて向上し、本人照合結果の信頼性が向上する。また、本発明では、半導体素子を微小タイル形状に切り離し、フィルムにマウントしてハンドリングできるので、ハンドリングできる半導体素子のサイズを従来の実装技術のものより小さくすることが可能になり、小型且つ薄型の光学式センサを得ることができる。
【０００９】
また、本発明では、前記受光素子が化合物半導体デバイスであって、フォト・ダイオード、フォト・トランジスタ、ＭＳＭ構造素子のうちの少なくとも一つを有することが好ましい。
【００１０】
また、本発明では、前記発光素子が化合物半導体デバイスであって、面発光レーザを有することが好ましい。この場合、前記面発光レーザの出力値を検出する検出装置と、該検出装置の検出結果に基づいて前記レーザの出力を制御する制御装置とを有することが好ましい。これにより、本発明では、検知対象者に向けて出射されるレーザ光の強度を調整（抑制）することができるため、いわゆるアイセーフ対策として安全性を向上させることが可能になる。
【００１１】
また、前記面発光レーザから出射されたレーザ光を拡散させる拡散装置を有する構成も採用可能である。この場合、検知対象者に向けて出射されたレーザ光を散乱させコヒーレンシーを低下させることができるため、アイセーフ対策として安全性を向上させることが可能になる。拡散装置としては、前記レーザ光の光路に配置された光拡散板や、屈折率の異なる材質の粒子が分散された前記シート状基板や、表面に凹凸が設けられた前記シート状基板を有することが好ましい。
【００１２】
また、本発明では、前記シート状基板が前記発光素子の発光波長に対して透過性を有することが好ましい。この場合、検知対象者と対向する面と逆側に発光素子を接合することが可能になり、シート状基板を介して検知対象者の脈波を検出することができる。この構成においては、さらにシート状基板が可視光を遮光する光学特性を有することが好ましい。これにより、可視光に起因する受光性能の悪影響を排除して、脈波の検出精度を向上させることが可能になる。
【００１３】
また、本発明では、前記シート状基板に指紋検出装置が設けられることが好ましい。これにより、本発明では検知対象者の指紋情報と脈波情報とを照合することで本人照合精度を一層向上させることが可能になる。
【００１４】
一方、本発明のカード型情報記録媒体は、上記の光学式センサを有することを特徴としている。従って、本発明では本人照合精度が高く、小型・薄型化のカード型情報記録媒体を得ることができる。
【００１５】
また、本発明の情報処理システムは、上記のカード型情報記録媒体と、前記カード型情報記録媒体の情報に基づいて所定の処理を行う情報処理装置とを有することを特徴としている。従って、本発明では、小型・薄型化のカード型情報記録媒体を用いた本人照合精度の高い情報処理システムを構築することが可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光学式センサ、カード型情報記録媒体及びそれを用いた情報処理システムの実施の形態を、図１ないし図３２を参照して説明する。ここでは、本発明を、本人照合装置を内蔵したカード型情報記録媒体及びそれを用いた情報処理システムに適用した例を用いて説明する。
【００１７】
（カード型情報記録媒体）
例えば集積回路（ＩＣ）を含むＩＣカードとして、メモリカード、Ｉ／Ｏ（入出力回路）カード、ＩＳＯ準拠のカードなどが知られている。本実施形態は、これらのクレジットカード、キャッシュカード等として用いられる各種カードに本人照合装置を内蔵させたものである。
【００１８】
一例として、本実施形態のカード型情報記録媒体の例を、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）及び図２（Ａ）（Ｂ）に示す。図１（Ａ）に示すカードは基板１０上にメモリ１２を有し、図１（Ｂ）に示すカードはメモリ１２に加えさらにＣＰＵ１４を有し、図１（Ｃ）に示すカードはメモリ１２及びＣＰＵ１４に加えさらにＩ／Ｏ１６を有する。図２（Ａ）に示すカードは図１（Ｃ）に示すカードに表示部２０及び表示駆動部２２をさらに加えたものである。図２（Ｂ）に示すカードは図２（Ａ）に示すカードにさらに電源例えば太陽電池２４を付加したものである。この他、カードに内蔵される構成は種々変形でき、例えば図２（Ｂ）以外のカードにも電源例えば太陽電池２４を内蔵させても良い。ここで、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）及び図２（Ａ）（Ｂ）に示すいずれのカードにも本人照合装置３０が内蔵されている。
【００１９】
（情報処理システム）
図３は、カード型情報記録媒体１００と情報処理装置１５０とから構成される情報処理システムを示している。本実施形態のカード型情報記録媒体１００のセンシング領域に、カード所有者が指を触れると、カード型情報記録媒体１００がカード所有者の指紋と脈波とを検出し、本人照合装置３０にて本人照合が実施される。この照合動作は、カード型情報記録媒体１００が電源を内蔵していれば、情報処理装置１５０から電力の供給を受けずに実施できる。カード型情報記録媒体１００が電源を内蔵していなければ、情報処理装置１５０の給電部１３２から電力の供給を受けて実施できる。
【００２０】
情報処理装置１５０は、カード型情報記録媒体１００にてカード所有者が登録された本人であると認証された後に、カード型情報記録媒体１００から、本人照合に用いた情報以外の各種情報を読み取って処理する。カード型情報記録媒体１００からの認証結果の出力形態として、カード型情報記録媒体１００が表示部２０（図２（Ａ）（Ｂ）参照）を有するのであれば、その表示部２０に「カード使用可能」などの使用許可情報を表示すればよい。情報処理装置１５０を操作するオペレータは、その表示を確認した後に情報処理を開始できる。あるいは、カード型情報記録媒体１００にて本人であると認証された後に、カード型情報記録媒体１００からパスワード等が出力されて、情報処理装置１５０に入力されるようにしても良い。こうすると、オペレータを介在させずに情報処理装置１５０での処理が開始される。情報処理装置１５０は、カード発行会社のホスト機器１２０の端末機器として機能し、カード型情報記録媒体１００からのパスワードを、ホスト機器１２０からの情報に基づいて照合する機能を有するものでも良い。
【００２１】
いずれの場合も、カード型情報記録媒体１００は真正なる本人以外は使用不能のとなるので、カードの紛失、盗難があっても、カードの盗用が防止される。しかも、指紋、脈波などの個人情報は、カード型情報記録媒体１００から外部に読み出されることがないので、個人情報の流出も防止できる。
【００２２】
図４は、カード型情報記録媒体１００に内蔵される本人照合装置３０のブロック図である。図４において、この本人照合装置３０には、カード所有者の固有情報を検出する指紋検出センサ４０と、カード所有者の脈波を検出する脈波検出センサ（光学式センサ）５０とが設けられている。これらの各センサ４０，５０の詳細については後述する。指紋検出センサ４０にカード所有者の指が接触されたことを感知して、本人照合装置３０を起動させる起動スイッチ４２を設けることもできる。特に、カード型情報記録媒体１００が電源を内蔵している場合には、起動スイッチ４２を設ける意義がある。また、本人照合装置３０には、脈波検出センサ５０にて検出された脈波を処理して、少なくとも一つの指標を抽出する指標抽出部６０が設けられている。
【００２３】
指紋検出センサ４０からの指紋情報と、指標抽出部６０からの抽出情報とは、照合部７０に入力される。この照合部７０は、比較情報記憶部８０に記憶された比較情報と検出情報とを照合するものである。比較情報記憶部８０は、指紋検出センサ４０からの指紋情報と比較される第１の比較情報が記憶される第１の比較情報記憶部８２と、指標抽出部６０からの指標と比較されると第２の比較情報が記憶される第２の比較情報記憶部８４とを有する。また、照合部７０からの照合結果に基づいて、カード所有者が真正であるからカードの使用を許可する信号、例えばパスワードを出力するパスワード出力部９０が設けられている。なお、照合部７０からの信号は、カード型情報記録媒体１００のＣＰＵ１４にも入力され、例えば図２（Ａ）（Ｂ）に示す表示部２０にカードの使用を許可する旨の表示、例えば「カード使用可能」などのメッセージの表示、あるいはその旨の点灯または点滅表示などを制御する。
【００２４】
次に、本人照合装置３０を構成する指紋検出センサ４０及び脈波検出センサ５０について説明する。図５に、これら指紋検出センサ４０及び脈波検出センサ５０の構造例を示す。この図に示す本人照合装置３０は、シート状基板としてのプラスチックシート１１の一方の面（表面）に指紋検出センサ４０が設けられ、他方の面（裏面）に脈波検出センサ５０が設けられた構成となっている。プラスチックシート１１は、後述する発光素子５１の発光波長に対して透過性を有しており、例えばポリオレフィンやポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）等で形成されている。なお、シート状基板としては、上記プラスチックに限られず、ガラスやＳｉ等で形成してもよい。
【００２５】
（指紋検出センサ）
図６に指紋検出センサ４０の一例を示す。この指紋検出センサ４０は、本出願人により出願された特願２００２−５８０７１号に開示されたものと同じである。図６において、Ｍ本（Ｍは２以上の整数）の電源線２００と、Ｎ本（Ｎは２以上の整数）の出力線２０２とを有する。Ｍ本の電源線２００とＮ本の出力線２０２の各交点には静電容量検出素子２０４が設けられている。図６に示す静電容量検出素子２０４は、指が接触した時の閉回路として図示されており、指の凹凸パターンに依存して変化する可変容量ＣＦと、信号増幅素子例えば信号増幅ＭＩＳ型薄膜半導体装置（以下信号増幅用ＴＦＴと略記する）２０６とを有する。静電容量検出素子２０４に指が接触していない時には、可変容量ＣＦの接地端側はオープン状態である。なお、可変容量ＣＦについては後述する。
【００２６】
Ｍ本の電源線２００の各々は、対応する行に沿って配列されたＮ個の信号増幅用ＴＦＴ２０６のドレインＤに接続されている。また、Ｍ本の電源線２００の各々は、Ｍ個の電源用パスゲート２１０の各々を介して共通電源線２１２に接続されている。すなわち、電源用パスゲート２１０はＭＩＳ型薄膜半導体装置にて形成され、そのソースＳは電源線２００に接続され、そのドレインＤは共通電源線２１２に接続されている。電源選択回路２２０内には、上述のＭ個の電源用パスゲート２１０及び共通電源線２１２に加えて、電源用シフトレジスタ２２２が設けられている。電源用シフトレジスタ２２２の電源選択用出力線２２４に、Ｍ個の電源用パスゲート２１０の各ゲートＧが接続されている。
【００２７】
Ｎ本の出力線２０２各々は、対応する列に沿って配列されたＭ個の信号増幅用ＴＦＴ２０６のソースＳに接続されている。また、Ｎ本の出力線２０２の各々は、Ｎ個の出力信号用パスゲート２３０の各々を介して共通出力線２３２に接続されている。すなわち、出力信号用パスゲート２３０はＭＩＳ型薄膜半導体装置にて形成され、そのドレインＤは出力線２０２に接続され、そのソースＳは共通出力線２３２に接続されている。出力信号選択回路２４０内には、上述のＮ個の出力信号用パスゲート２３０及び共通出力線２３２に加えて、出力信号用シフトレジスタ２４２が設けられている。出力信号用シフトレジスタ２４２の出力選択用出力線２４４に、出力信号用パスゲート２３０のゲートＧが接続されている。
【００２８】
図７は、図６に示す静電容量検出素子２０４の断面図であり、指が接触されていない状態が図示されている。この静電容量検出素子２０４は、上述の信号増幅素子である信号増幅用ＴＦＴ２０６に加えて、信号検出素子２０８を有する。図７において、絶縁層２５０上には、ソース領域２５２Ａ、ドレイン領域２５２Ｂ及びその間のチャネル領域２５２Ｃを有する半導体膜２５２が形成されている。半導体膜２５２上にはゲート絶縁膜２５４が形成され、このゲート絶縁膜２５４を挟んでチャネル領域２５２Ｃと対向する領域にゲート電極２５６が形成されている。この半導体膜２５２、ゲート絶縁膜２５４及びゲート電極２５６で、信号増幅用ＴＦＴ２０６が構成される。なお、電源用パスゲート２１０及び出力信号用パスゲート２３０も、信号増幅用ＴＦＴ２０６と同様にして形成される。この信号用ＴＦＴ２０６は第一層間絶縁膜２６０により被われている。第一層間絶縁膜２６０上には、図６に示す出力線２０２に相当する第一配線層２６２が形成されている。この第一配線層２６２は信号用ＴＦＴ２０６のソース領域２５２Ａに接続されている。
【００２９】
第一配線層２６２は第二層間絶縁膜２６４により被われている。この第二層間絶縁膜２６４上には、図６に示す電源線２００に相当する第二配線層２６６が形成されている。この第二配線層２６６は、信号増幅用ＴＦＴ２０６のドレイン領域２５２Ｂに接続されている。なお、図７とは異なる構造として、第二配線層２６６を第一層間絶縁膜２６０上に形成し、第一配線層２６２を第二層間絶縁膜２６４上に形成してもよい。
【００３０】
第二層間絶縁膜２６４上にはさらに、容量検出電極２７０が形成され、それを被って容量検出誘電体膜２７２が形成されている。容量検出誘電体膜２７２は、指紋検出センサ４０の最表面に位置して保護膜としても機能し、この容量検出誘電体膜２７２に指が接触される。この容量検出電極２７０及び容量検出誘電体膜２７２により、信号検出素子２０８が構成される。
【００３１】
（製造工程）
本実施形態のカード型情報記録媒体１００は、図８に示すように、上述の指紋検出センサ４０を含む薄膜ディバイス４００が、柔軟性のあるプラスチックシート１１上に形成されるが、薄膜ディバイス４００を、直接にプラスチックシート１１上に形成することは困難である。そこで、指紋検出センサ４０は先ず、図８に示すように、例えば第１製造基板４３０上に形成される。その一例として、第１製造基板４３０をガラス基板とした時には、その上に形成したアモルファスシリコン層をレーザ結晶化して多結晶シリコン層とし、それにより図７に示した半導体膜２５２を形成できる。その後は、通常の薄膜半導体製造プロセスを実施することで、第１製造基板４３０上に、指紋検出センサ４０を含む薄膜ディバイス４００が形成される。
【００３２】
ここで、薄膜ディバイス４００は、その上下面の向きを維持した状態で、プラスチックシート１１に転写される必要がある。そこで、第１製造基板４３０及び薄膜ディバイス４００は一旦、第２製造基板４５０に接合され、その後第１製造基板４３０が剥離される。最後に、第２製造基板４５０及び薄膜ディバイス４００がプラスチックシート１１上に転写され、その後第２製造基板４５０が剥離される。こうして、プラスチックシート１１上に薄膜ディバイス４００が形成される。
【００３３】
このとき、指紋検出センサ４０と対向して脈波検出センサ５０を配置することができる。こうすると、指紋検出センサ４０の容量検出誘電体膜２７２に指をさせれば、その同一の指より指紋と脈波とを検出することができる。こうすると、指紋及び脈波の双方を偽造することが極めて困難となるので、本人照合の信頼性がより増大する。このように、指紋検出センサ４０と脈波検出センサ５０とを対向配置する場合には、プラスチックシート１１及び指紋検出センサ４０の構成部材が、脈波検出センサ５０からの発光波長に対して透明である（透過性を有する）必要がある。このために、図７に示す第１，第２配線層２６２，２６６及び容量検出電極２７０を透明電極（例えばＩＴＯ）にて形成すればよい。
【００３４】
なお、上記薄膜ディバイス４００をプラスチックシート１１に転写する技術の詳細は、本願出願人による転写技術（特開平１０−１２５９３１、特開平１０−１７７１８７、特開平１１−２０３６０、特開平１１−２６７３３、特開平１１−２６７３４、特開平１１−７４５３３、特開平１１−３１２８１１）に詳述されているため、ここでは簡略化した。
【００３５】
（指紋検出動作）
指紋検出は、図７に示す容量検出誘電体膜２７２に指を接触させることで実施される。このとき、指紋検出センサ４０の起動スイッチ（例えば感圧スイッチ）４２が作動し（図４参照）、カード型情報記録媒体１００内の電源が作動して、自動的に、指紋検出センサ４０に電源が供給される。あるいは、カード型情報記録媒体１００を図２の情報処理装置１５０にセットし、情報処理装置１５０の給電部１３２より電源が供給されても良い。
【００３６】
本実施形態では、図６に示すＭ本のうち選択された１本の電源線２００に電源電圧を供給し、かつ、そのときの信号を、Ｎ本のうち選択された１本の出力線２０２から検出することで、Ｍ×Ｎ個の静電容量検出素子２０４から順次信号を取り出している。指紋検出動作は大別して、（１）指紋パターンの山（凸部）が容量検出誘電体膜２７２に接触する場合と、（２）指紋パターンの谷（凹部）が容量検出誘電体膜２７２に対向する場合とがある。
【００３７】
（１）指紋パターンの山（凸部）が容量検出誘電体膜２７２に接触する場合
図９に、この場合の静電容量検出素子２０４の等価回路を示す。符号３００は人体の指紋の山に相当し、図７の容量検出電極２７０と誘電体膜２７２を挟んで対向する接地電極３００が形成されている。ここで、電源電圧Ｖｄｄは共通電源線２１２より供給される。符号Ｃ_Ｔは、信号増幅用ＴＦＴ２０６のトランジスタ容量であり、符号Ｃ_Ｄは検出電極２７０と接地電極（指）３００との間の容量である。
【００３８】
ここで、信号増幅用ＴＦＴ２０６のゲート電極長をＬ（μｍ）、ゲート電極幅をＷ（μｍ）、ゲート絶縁膜の厚みをｔｏｘ（μｍ）、ゲート絶縁膜の比誘電率をεｏｘ、真空の誘電率をεｏとする。このとき、トランジスタ容量Ｃ_Ｔは、
Ｃ_Ｔ＝εｏ・εｏｘ・Ｌ・Ｗ／ｔｏｘ
となる。
【００３９】
また、容量検出電極２７０の面瀬Ｓ（μｍ^２）、容量検出誘電体膜２７２の厚みをｔｄ（μｍ）、容量検出誘電体膜の比誘電率をεｄとする。このとき、容量Ｃ_Ｄは、
Ｃ_Ｄ＝εｏ・εｄ・Ｓ／ｔｄ
となる。
【００４０】
図９の等価回路において、信号増幅用ＴＦＴ２０６のゲートに印加される電圧Ｖ_ＧＴは、
Ｖ_ＧＴ＝Ｖｄｄ／（１＋Ｃ_Ｄ／Ｃ_Ｔ）…（１）
となる。
容量Ｃ_Ｄをトランジスタ容量Ｃ_Ｔよりも充分に大きく設定しておけば（例えばＣ_Ｄ＞１０×Ｃ_Ｔ）、（１）式の分母は無限大となり、
Ｖ_ＧＴ≒０…（２）
と近似される。
この結果、信号増幅用ＴＦＴ２０６は、そのゲートにほとんど電圧がかからないためオフ状態となる。よって、信号増幅用ＴＦＴ２０６のソース−ドレイン間に流れる電流Ｉは極めて小さくなる。この電流Ｉを測定することで、測定箇所が指紋パターンの山（凸部）であることが判定できる。
【００４１】
（２）指紋パターンの谷（凹部）が容量検出誘電体膜２７２に対向する場合
図１０に、この場合の静電容量検出素子２０４の等価回路を示す。符号３０２が人体の指紋の谷に相当する。この場合は、図９に示す容量Ｃ_Ｄに加えて、誘電体膜２７２と指紋の谷との間に、空気を誘電体とする新たな容量Ｃ_Ａが形成される。
図１０の等価回路において、信号増幅用ＴＦＴ２０６のゲートに印加される電圧Ｖ_ＧＶは、
Ｖ_ＧＶ＝Ｖｄｄ／｛［１＋（１／Ｃ_Ｔ）］×１／［（１／Ｃ_Ｄ）＋（１／Ｃ_Ａ）］｝…（３）
となる。
【００４２】
容量Ｃ_Ｄをトランジスタ容量Ｃ_Ｔよりも充分に大きく設定しておけば（例えばＣ_Ｄ＞１０×Ｃ_Ｔ）、（３）式は、
Ｖ_ＧＶ≒Ｖｄｄ／［１＋（Ｃ_Ａ／Ｃ_Ｔ）］…（４）
と近似される。
さらに、トランジスタ容量Ｃ_Ｔを、指紋の谷により形成される容量Ｃ_Ａよりも充分に大きくしておけば（例えばＣ_Ｔ＞１０×Ｃ_Ａ）、（４）式は、
Ｖ_ＧＶ≒Ｖｄｄ…（５）
と近似される。
この結果、信号増幅用ＴＦＴ２０６は、そのゲートに電源電圧Ｖｄｄがかかるためオン状態となる。よって、信号増幅用ＴＦＴ２０６のソース−ドレイン間に流れる電流Ｉは極めて大きくなる。この電流Ｉを測定することで、測定箇所が指紋パターンの谷（凹部）であることが判定できる。
【００４３】
このように、図６に示す可変容量ＣＦは、指紋の山が容量検出誘電体膜２７２に接触した時は容量Ｃ_Ｄとなり、指紋の谷が容量検出誘電体膜２７２に対向としたときは容量Ｃ_Ｄと容量Ｃ_Ａとの和となり、指紋の凹凸に従って容量が変化する。この指紋の凹凸に従った容量変化に基づく電流を検出することで、指紋の山または谷を検出できる。
以上の動作を、Ｍ×Ｎ個の静電容量検出素子２０４にて時分割で実施することで、指紋パターンを検出することが可能となる。
【００４４】
ここで、電源電圧Ｖｄｄに正電源を用いる場合には、ゲート電圧がゼロ近傍でドレイン電流が流れないエンハンスメント型Ｎ型トランジスタにて、信号増幅用ＴＦＴ２０６を形成すればよい。Ｃ_Ｄ＞１０×Ｃ_Ｔを満たす場合には、信号増幅用ＴＦＴ２０６の伝達特性におけるドレイン電流が最小値となるゲート電圧（最小ゲート電圧）をＶｍｉｎとしたとき、０＜Ｖｍｉｎ＜０．１×Ｖｄｄを満たせばよい。電源電圧Ｖｄｄに負電源を用いる場合には、ゲート電圧がゼロ近傍でドレイン電流が流れないエンハンスメント型Ｐ型トランジスタにて、信号増幅用ＴＦＴ２０６を形成すればよい。Ｃ_Ｄ＞１０×Ｃ_Ｔを満たす場合には、信号増幅用ＴＦＴ２０６の伝達特性におけるドレイン電流が最小値となるゲート電圧（最小ゲート電圧）をＶｍｉｎとしたとき、０．１×Ｖｄｄ＜Ｖｍｉｎ＜０を満たせばよい。
【００４５】
（脈波検出センサ及び指標抽出部）
脈波検出センサ５０は発光素子５１（発光ダイオード、面発光レーザ、有機ＥＬなど）と受光素子５２（フォトトランジスタ、フォトダイオード、有機フォトダイオードなど）とを用いて構成することができる（図５参照）。ここでは、発光素子５１として面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を用い、受光素子５２としてフォトダイオードを用いる場合の例で説明する。
発光素子５１より放射された光は、プラスチックシート１１と指紋検出センサ４０を透過して、その上に接触している指へ進入する。指の中で光は吸収及び散乱され、その一部が指紋検出センサ４０とプラスチックシート１１とを透過して受光素子５２へ到達する。指の中での光の吸収および散乱は、脈動によって変化する血液の量におおよそ比例して変化する。従って、発光素子５１から放射する光量を一定にしておけば、受光素子５２で検知する光量の変動から脈波を求めることが可能になる。
【００４６】
発光素子からの発光波長は、血液中のヘモグロビンの吸収波長ピーク付近に選定されることが好ましい。受光レベルが血流量に応じて変化するので、脈波（例えば容積脈波）波形を検出することができる。このような発光素子としては、面発光レーザの他に、ＩｎＧａＮ系（インジウム−ガリウム−窒素系）の青色ＬＥＤなどを用いることができ、発光波長は３５０〜６００ｎｍ（ピーク波長は４５０ｎｍ付近）である。受光素子としては、例えばＧａＡｓＰ系（ガリウム−砒素−リン系）のフォトトランジスタなどを用いることができ、主要感度領域は３００〜６００ｎｍである。
この構成により、血液量の変動に対する受光レベルの変化が大きくなるため脳波の検出精度が高まる（すなわち、Ｓ／ＮのＳを高めることができる）。
一方、プラスチックシート１１に、外光（可視光）を吸収し赤外光を透過する光学特性を持たせ、発光素子の発光波長を赤外光にする構成も好適である。
この構成により、外光（可視光）は受光素子へ到達しないので、外光に起因するノイズ等の外乱を排除（遮断）することができる。すなわち、Ｓ／ＮのＮを下げることで、Ｓ／Ｎを高めて脈波の検出精度を向上させることができる。
【００４７】
発光素子５１及び受光素子５２は、共に微小タイル状素子であり、接着剤等によりプラスチックシート１１の片面に接着されている。微小タイル状素子とは、微小なタイル形状（板形状）の半導体デバイスであり、例えば、厚さ１μｍから２０μｍ、縦横の大きさ数十μｍから数百μｍの四角形板状部材である。これらの微小タイル状素子の製造方法については後で説明する。なお、微小タイル状素子の形状は四角形に限定されるものではなく、他の形状であってもよい。
【００４８】
図１１（ａ）に示すように、微小タイル状素子１は、接着剤３を介してプラスチックシート１１の片面に接着されている。なお、この図においては、図５に対して上下を逆にして図示している。そして、微小タイル状素子１のデバイスと基板１１に設けられている電子回路とはメタル配線４で接続されている。接着剤３は、例えば、樹脂からなり、絶縁性及び透明性を有していることが好ましい。
【００４９】
なお、メタル配線４（及び後述するメタル配線５）は、図示しないインクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）から金属を含む液滴を吐出することで金属パターン等を形成する液滴吐出方式で形成することが好ましい。これにより、フォトリソグラフィ、エッチング等で金属パターンを形成する場合に比較して、構成材料の量を軽減でき、設計変更などにも容易に対応できるため、製造コストを低減することが可能になる。
【００５０】
なお、発光素子５１としては、上記図１１（ａ）に示した構成の他に、自動出力制御（ＡＰＣ：ＡｕｔｏＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌ）回路付きの構成を採ることも可能である。以下、半導体集積回路を用いたＡＰＣ回路付き面発光レーザ（発光素子）の構成例について図１１（ｂ）乃至図１３を参照して詳述する。図１１（ｂ）は、発光素子５１の概略断面図である。なお、この図においても、図５に対して上下を逆にして図示している。
【００５１】
この発光素子５１は、プラスチックシート１１上に微小タイル状素子１及び微小タイル状素子２とを有して構成されている。微小タイル状素子１及び微小タイル状素子２は、接着剤３を介して重ねられて貼り合わせられ、プラスチックシート１１の片側面に接着剤３で接着されている。そして、微小タイル状素子２のデバイスと基板１１に設けられている電子回路とはメタル配線５で接続されている。なお、接着剤３が絶縁性を持つものとすることで、メタル配線４、５におけるショートを確実に回避することができる。
【００５２】
次に、図１２を参照してより具体的に説明する。
すなわち、発光素子５１は、透明なプラスチックシート１１と、面発光レーザ２１が形成されている微小タイル状素子１と、フォトダイオード（検出装置）２３が形成されている微小タイル状素子２とを有して構成されている。プラスチックシート１１と微小タイル状素子１及び微小タイル状素子２とを接着する接着剤３は、透明性及び絶縁性を有している。ここで、微小タイル状素子１と微小タイル状素子２とは、互いに逆の配置にしてもよい。
【００５３】
微小タイル状素子１の面発光レーザ２１からは、プラスチックシート１１に向かってレーザ光（波長λ_０）が放射されるとともに、微小タイル状素子２に向かってもレーザ光（波長λ_０）が放射される。そして、微小タイル状素子２のフォトダイオード２３は、面発光レーザ２１の発光軸上に配置されている。したがって、微小タイル状素子２に向けて放射されたレーザ光（波長λ_０）はフォトダイオード２３に入射し、面発光レーザ２１から放射されたレーザ光（波長λ_０）の出力（発光量）がフォトダイオード２３によって検出される。プラスチックシート１１に向かって放射されたレーザ光（波長λ_０）は、脈波検出に用いられる。
【００５４】
図１３は自動出力制御回路付き面発光レーザの自動出力制御回路を示す回路図である。
微小タイル状素子１の面発光レーザ２１から放射されたレーザ光の一部は、微小タイル状素子２のフォトダイオード２３に入射する。そこで、フォトダイオード２３には面発光レーザ２１のレーザ出力に対応した電流が流れる。光モニター回路（制御装置）３１は、フォトダイオード２３を流れる電流の大きさに応じた出力制御信号をドライバ回路３２へ出力する。ここで、光モニター回路３１は、所定の基準値とフォトダイオード２３を流れる電流の大きさとを比較して、その電流が所望の一定値となるように、即ち面発光レーザ２１のレーザ出力が所望の一定値となるように、出力制御信号を生成する。この出力制御信号に応じたレーザ出力となるようにドライバ回路３２は面発光レーザ２１を駆動させる。
【００５５】
これらにより、面発光レーザ２１のレーザ出力は、周囲温度の変化及び経時変化などにかかわらず所望の一定値に保たれる。そして、光モニター回路３１及びドライバ回路３２をプラスチックシート１１、微小タイル状素子１又は微小タイル状素子２に設けることで、１つの基板に面発光レーザと自動出力制御回路（ＡＰＣ）を設けることができるので、面発光レーザ装置を大幅に小型化することが可能となるとともに、製造工程が簡素となって製造コストを低減することが可能となる。
【００５６】
次に、上記発光素子５１におけるフォトダイオード２３を有する微小タイル状素子２からの反射光（戻り光）による雑音を低減する構成例について図１４乃び図１５を参照して説明する。図１４は図１２に示す発光素子５１における微小タイル状素子２の変形例を示す概略断面図である。
微小タイル状素子２は、タイル状部材における一方面側（上面側）に設けられたフォトダイオード受光部２３ａと、フォトダイオード受光部２３ａの上面の周端部に設けられた第１電極２３ｂと、タイル状部材におけるフォトダイオード受光部２３ａと同一面に設けられた第２電極２３ｃと、タイル状部材における他方面側（下面側）に設けらた回折格子型反射層（ＤＢＲ：ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＢｒａｇｇＲｅｆｌｅｃｔｏｒ）２３ｄとで構成されている。
【００５７】
回折格子型反射層２３ｄは、回折格子を反射器として集積したものであり、波長選択性があり、微小タイル状素子１の面発光レーザ２１から放射されたレーザ光（波長λ_０）に対する反射率が１０パーセント以下であり、そのレーザ光（波長λ_０）に対して非反射（ＡｎｔｉＲｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）層として作用する。したがって、微小タイル状素子２に回折格子型反射層２３ｄを設けることにより、微小タイル状素子２からのレーザ光（波長λ_０）の反射が抑えられ、雑音を低減することができる。なお、回折格子型反射層２３ｄは、タイル状部材における下面側ではなく上面側に設けてもよい。
【００５８】
図１５は図１４に示す微小タイル状素子２を改良した概略断面図である。これらの微小タイル状素子２の相違点は、回折格子型反射層２３ｅが設けられている点である。回折格子型反射層２３ｅは、フォトダイオード受光部２３ａの上面に設けられている。この構成により、微小タイル状素子２は、微小タイル状素子１から放射されたレーザ光（波長λ_０）に対して、下面のみならず上面でも反射を抑えることができ、さらに雑音を低減することができる。
【００５９】
（微小タイル状素子の製造方法）
次に、上記微小タイル状素子の製造方法について図１６乃至図２４を参照して説明する。本製造方法では、微小タイル状素子としての化合物半導体デバイス（化合物半導体素子）をシート状基板となるプラスチックシート１１上に接合する場合について説明するが、半導体デバイスの種類及びシート状基板の種類に関係なく本方法を適用することができる。なお、本実施形態における「半導体基板」とは、半導体物資から成る物体をいうが、板形状の基板に限らず、どのような形状であっても半導体物資であれば「半導体基板」に含まれる。
【００６０】
＜第１工程＞
図１６は、微小タイル状素子の製造方法の第１工程を示す概略断面図である。図１６において、基板１１０は、半導体基板であり、例えばガリウム・ヒ素化合物半導体基板とする。基板１１０における最下位層には、犠牲層１１１を設けておく。犠牲層１１１は、アルミニウム・ヒ素（ＡｌＡｓ）からなり、厚さが例えば数百ｎｍの層である。
例えば、犠牲層１１１の上層には機能層１１２を設ける。機能層１１２の厚さは、例えば１μｍから１０（２０）μｍ程度とする。そして、機能層１１２において半導体デバイス（半導体素子）１１３を作成する。半導体デバイス１１３としては、例えば上述した発光ダイオード（ＬＥＤ）、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、フォトダイオード（ＰＤ）、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、ヘテロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）などが挙げられる。これらの半導体デバイス１１３は、何れも基板１１０上に多層のエピタキシャル層を積層して素子が形成されたものである。また、各半導体デバイス１１３には、電極も形成し、動作テストも行う。
【００６１】
＜第２工程＞
図１７は、微小タイル状素子の製造方法の第２工程を示す概略断面図である。本工程においては、各半導体デバイス１１３を分割するように分離溝１２１を形成する。分離溝１２１は、少なくとも犠牲層１１１に到達する深さをもつ溝とする。例えば、分離溝１２１の幅及び深さともに、１０μｍから数百μｍとする。また、分離溝１２１は、後述するところの選択エッチング液が当該分離溝１２１を流れるように、行き止まりなく繋がっている溝とする。さらに、分離溝１２１は、碁盤のごとく格子状に形成することが好ましい。
また、分離溝１２１相互の間隔を数十μｍから数百μｍとすることで、分離溝１２１によって分割・形成される各半導体デバイス１１３のサイズを、数十μｍから数百μｍ四方の面積をもつものとする。分離溝１２１の形成方法としては、フォトリソグラフィとウェットエッチングによる方法、またはドライエッチングによる方法を用いる。また、クラックが基板に生じない範囲でＵ字形溝のダイシングで分離溝１２１を形成してもよい。
【００６２】
＜第３工程＞
図１８は、微小タイル状素子の製造方法の第３工程を示す概略断面図である。本工程においては、中間転写フィルム１３１を基板１１０の表面（半導体デバイス１１３側）に貼り付ける。中間転写フィルム１３１は、表面に粘着剤が塗られたフレキシブルな帯形状のフィルムである。
【００６３】
＜第４工程＞
図１９は、微小タイル状素子の製造方法の第４工程を示す概略断面図である。本工程においては、分離溝１２１に選択エッチング液１４１を注入する。本工程では、犠牲層１１１のみを選択的にエッチングするために、選択エッチング液１４１として、アルミニウム・ヒ素に対して選択性が高い低濃度の塩酸を用いる。
【００６４】
＜第５工程＞
図２０は、微小タイル状素子の製造方法の第５工程を示す概略断面図である。本工程においては、第４工程での分離溝１２１への選択エッチング液１４１の注入後、所定時間の経過により、犠牲層１１１のすべてを選択的にエッチングして基板１１０から取り除く。
【００６５】
＜第６工程＞
図２１は、微小タイル状素子の製造方法の第６工程を示す概略断面図である。第５工程で犠牲層１１１が全てエッチングされると、基板１１０から機能層１１２が切り離される。そして、本工程において、中間転写フィルム１３１を基板１１０から引き離すことにより、中間転写フィルム１３１に貼り付けられている機能層１１２を基板１１０から引き離す。
これらにより、半導体デバイス１１３が形成された機能層１１２は、分離溝１２１の形成及び犠牲層１１１のエッチングによって分割されて、所定の形状（例えば、微小タイル形状）の半導体素子（上記実施形態の「微小タイル状素子」）とされ、中間転写フィルム１３１に貼り付け保持されることとなる。ここで、機能層の厚さが例えば１μｍから８μｍ、大きさ（縦横）が例えば数十μｍから数百μｍであるのが好ましい。
【００６６】
＜第７工程＞
図２２は、微小タイル状素子の製造方法の第７工程を示す概略断面図である。本工程においては、（微小タイル状素子１６１が貼り付けられた）中間転写フィルム１３１を移動させることで、プラスチックシート１１の所望の位置に微小タイル状素子１６１をアライメントする。ここで、最終基板１７１の所望の位置には、微小タイル状素子１６１を接着するための接着剤１７３を塗布しておく。
【００６７】
＜第８工程＞
図２３は、微小タイル状素子の製造方法の第８工程を示す概略断面図である。本工程においては、プラスチックシート１１の所望の位置にアライメントされた微小タイル状素子１６１を、中間転写フィルム１３１越しに裏押しピン１８１で押しつけてプラスチックシート１１に接合する。ここで、所望の位置には接着剤１７３が塗布されているので、そのプラスチックシート１１の所望の位置に微小タイル状素子１６１が接着される。
【００６８】
＜第９工程＞
図２４は、微小タイル状素子の製造方法の第９工程を示す概略断面図である。本工程においては、中間転写フィルム１３１の粘着力を消失させて、微小タイル状素子１６１から中間転写フィルム１３１を剥がす。
中間転写フィルム１３１の粘着剤は、ＵＶ硬化性又は熱硬化性のものにしておく。ＵＶ硬化性の粘着剤とした場合は、裏押しピン１８１を透明な材質にしておき、裏押しピン１８１の先端から紫外線（ＵＶ）を照射することで中間転写フィルム１３１の粘着力を消失させる。熱硬化性の接着剤とした場合は、裏押しピン１８１を加熱すればよい。あるいは第６工程の後で、中間転写フィルム１３１を全面紫外線照射するなどして粘着力を全面消失させておいてもよい。粘着力が消失したとはいえ実際には僅かに粘着性が残っており、微小タイル状素子１６１は非常に薄く軽いので中間転写フィルム１３１に保持される。
【００６９】
＜第１０工程＞
本工程は、図示していない。本工程においては、加熱処理などを施して、微小タイル状素子１６１をプラスチックシート１１に本接合する。
【００７０】
＜第１１工程＞
本工程においては、図１１に示すように、微小タイル状素子１６１の電極とプラスチックシート１１上の回路を配線１９１により電気的に繋ぎ、一つのＬＳＩチップなどの半導体集積回路を完成させる。なお、プラスチックシート１１上には、図５に示すように、指紋検出センサ４０、脈波検出センサ５０に接続されるドライバー、受光アンプやＣＰＵ等の素子４０ａ、５０ａを、ＴＦＴやＳｉ−ＩＣで設けることも可能である。この場合、各センサ４０、５０と各素子４０ａ、５０ａとを接続する配線を、上述したインクジェットヘッドから金属を含む液滴を吐出して形成することで、構成材料の量を軽減でき、設計変更などにも容易に対応できるため、製造コストを低減することが可能になる。また、配線１９１もインクジェット方式で形成することが好ましい。
なお、シート状基板としては、プラスチックシートのみならず、シリコン半導体、または石英基板を適用してもよい。
【００７１】
＜第１２工程＞
本工程においては、図２４に示すように上記工程によってプラスチックシート１１の上に形成された微小タイル状素子１６１の上面に、図１１に示すようにさらに微小タイル状素子を重ねて貼り付ける。この微小タイル状素子の更なる貼付は、上記第１工程から第１１工程を繰り返すことで行う。これらにより、簡易かつ迅速に、所定の基板上に複数枚の微小タイル状素子を重ねて貼り付けることができる。この後、各素子が接合されたプラスチックシート１１の表面に絶縁コーティングを施す。
【００７２】
図２５は、上記の製造方法で製造された脈波検出センサ５０にて検出された脈波の１拍分の波形を示している。図２５に示すように、この脈波には下記の特徴がある。
（１）１拍分の脈波に順次変極点Ｐ１〜Ｐ５が現われる。
（２）変極点Ｐ１〜Ｐ５は、波高ｙ１〜ｙ５を有する。
（３）脈波開始時刻ｔ０を基準として、各変極点Ｐ１〜Ｐ５が出現するまでの時間はＴ１〜Ｔ５であり、次の１拍の脈波が開始するまでの経過時間（周期）はＴ６である。
本実施形態では、このような変極点Ｐ１〜Ｐ５の波高ｙ１〜ｙ５の少なくとも一つか、あるいは時刻ｔ０から変極点Ｐ１〜Ｐ５のいずれかが生ずるまでの時間Ｔ１〜Ｔ５または周期Ｔ６の少なくとも一つを、指標抽出部６０が抽出することができる。
【００７３】
このような脈波は、生体から発せられる生体信号であり、それを処理して抽出した指標も生体独自のものである。よって、このような指標を抽出できれば、偽造された指型などをモニタしたものでなく、確かに生存するカード所有者の指をモニタしたものであることが判明する。この点、脈波自体でなく、その一成分である例えば脈拍等のパルスを直接検出しようとした場合、そのようなパルスは人為的に生成可能である。本実施形態では、人為的に偽造が困難な脈波を検出し、それを処理して抽出される指標を比較しているので、カードの盗用は確実に防止される。
【００７４】
上述した指標は、図２６に示す指標抽出部６０にて抽出できる。低域遮断フィルタ６１は、脈波検出センサ５０にて検出された脈波のうち、所定のカットオフ周波数よりも低域の周波数を遮断し、高域周波数のみを取り出す。遮断された低周波数帯域には、副交感神経系機能である例えば呼吸性の変動（例えば０．１５Ｈｚ）や、交感神経系機能である例えば筋ポンプ作用のマイヤーウェーブ（例えば０．１Ｈｚ）など、自律神経機能を反映する成分が含まれている。さらにこの低周波数帯域には、体動に伴う周波数成分も含まれている。低域遮断フィルタ６１は、心臓の拍動に基づく脈波波形を阻害する不要な低周波数帯域を除去できる。
低域遮断フィルタ６１は、低域遮断周波数を０．４〜０．５Ｈｚの範囲中の値とすることが好ましい。０．４〜０．５Ｈｚを越える周波数を遮断すると、心臓の拍動に基づく脈波波形の特徴が失われてしまうからである。
【００７５】
ＲＡＭ６２はワーキングメモリとして機能し、低域遮断フィルタ６１の出力が記憶される。微分回路６３は、低域遮断フィルタ６１の出力波形を時間微分する。微分値として０が出力された点が変極点Ｐ１〜Ｐ５となる。波高抽出部６４Ａは、ＲＡＭ６２内の波形の中から、微分回路６３からの微分値０に対応する変極点Ｐ１〜Ｐ５の波高ｙ１〜ｙ５の少なくとも一つを、指標として抽出する。時間抽出部６４Ｂは、時刻ｔ０から変極点Ｐ１〜Ｐ５に至るまでの時間Ｔ１〜Ｔ５の少なくとも一つを、指標として抽出する。なお、波高抽出部６４Ａ及び時間抽出部６４Ｂのいずれか一方のみを設けるものでも良い。
【００７６】
また、図２６に代えて、図２７に示す指標抽出部６０を用いても良い。図２７では、波高抽出部６４Ａに代えて波高比率抽出部６５Ａが、時間抽出部６４Ｂに代えて時間比率抽出部６５Ｂが設けられている。波高比率抽出部６５Ａは、波高ｙ１〜ｙ５のうちの任意の２つの波高比率、例えばｙ２／ｙ１，ｙ３／ｙ１，ｙ４／ｙ１，ｙ５／ｙ１などのうち少なくとも一つの波高比率を指標として求める。時間比率抽出部６５Ｂは、時間Ｔ１〜Ｔ６のうちの任意の２つの時間比率、例えばＴ１／Ｔ６，Ｔ２／Ｔ６，Ｔ３／Ｔ６，Ｔ４／Ｔ６，Ｔ５／Ｔ６などのうち少なくとも一つの時間比率を指標として求める。特に、時間Ｔ２あるいは時間Ｔ４は駆出時間と称されるもので、時間比率Ｔ２／Ｔ６またはＴ４／Ｔ６が生体を現す指標として好適である。なお、本来の駆出時間Ｔ２に相当するピークＰ２は個人差または同一人でも体調によって現れない場合があり、その場合にはピークＰ４が早めに現われるので、ピークＰ４に達する時間Ｔ４を駆出時間としても差し支えない。また、波高比率抽出部６５Ａ及び時間抽出部６５Ｂのいずれか一方のみを設けるものでも良い。このような比率を指標とすれば、波高そのもの、あるいは時間そのものを指標とする場合と比較して、脈波波形中の相対値が求められるので、精度が高まる。
【００７７】
図２８（Ａ）は検出された脈波の原波形、図２８（Ｂ）は図２８（Ａ）の速度波形（一次微分波形）、図２８（Ｃ）は図２８（Ａ）の加速度波形（二次微分波形）をそれぞれ示す波形図である。図２８（Ｃ）の加速度波形は、図２９に示すように、より明確な変極点ａ〜ｅを有する。そこで、加速度波形の変極点ａ〜ｅのうちの任意の２つの変極点の波高比率もまた、指標として利用することができる。
【００７８】
このような波高比率として、例えばｂ／ａ，ｃ／ａ，ｄ／ａ，ｅ／ａなどは、年齢に依存して変化する指標である。この中でも特に、波高比率ｂ／ａ，ｄ／ａが年齢依存率が顕著であるので、各種年齢のカード所有者の生体指標として好適であり、照合精度が高まる。また、これらの指標の中には男女の性別を反映するものもあり、性別チェックにも利用できる。
【００７９】
このような波高比率は、図３０に示す指標抽出部６０にて抽出可能である。図３０に示すように、脈波検出センサ５０にて検出された脈波は低域遮断フィルタ６１を通過し、一次微分回路６６で一次微分され、さらに二次微分回路６７にて二次微分され、ＲＡＭ６２に記憶される。波高比率抽出部６８は、ＲＡＭ６２に記憶された二次微分波形（図２９に示す加速度波形）から、例えば波高比率ｂ／ａを抽出する。
【００８０】
他の指標の例として、下記のものを挙げることができる。すなわち、脈波検出センサ５０の発光素子と受光素子との間の光伝達経路には、カード所有者の皮膚内の血管床が存在する。このため、脈波検出センサ５０の出力信号を増幅する必要がある。例えばＡ／Ｄ変換器のダイナミックレンジの範囲内で、ＡＧＣ（オート・ゲイン・コントロール）機能により、一定以上の振幅レベルが得られるように信号増幅することができる。ＡＧＣ機能により設定された増幅倍率は、血管年齢と同等の個人指標となり得る。
よって、この場合は、脈波検出センサ５０の出力を増幅する増幅器が、脈波を増幅処理して、そのときの増幅倍率を指標として抽出する指標抽出手段として機能する。
【００８１】
（本人照合装置での動作）
図３１は、本人照合装置３０の動作フローチャートである。本実施形態では、まず指紋検出センサ４０にて指紋情報を検出している（ステップ１）。この指紋情報の検出動作は、カード型情報記録媒体１００が電源を内蔵している場合には、図３の情報処理装置１５０とは非接続で、カード型情報記録媒体１００単体で実施してもよい。カード型情報記録媒体１００が電源を内蔵しているかいないかに拘わらず、カード型情報記録媒体１００を図３の情報処理装置１５０にセットして、情報処理装置１５０内の給電部１３２よりカード型情報記録媒体１００に電源を供給して、指紋検出を行っても良い。
【００８２】
検出された指紋情報は照合部７０に入力される。この照合部７０には、指紋情報と比較される第１の比較情報が、比較情報記憶部８０の第１の比較情報記憶部８２より入力される。そして、照合部７０にて指紋情報と第１の比較情報とが比較される。第１の比較情報は、登録された本人固有の指紋情報である。よって、カード所有者がカードに登録された本人であれば、照合部７０にて両者が一致した判断できる（ステップ２がＹＥＳ）。
【００８３】
ここで、ステップ２の判断がＮＯであれば、真正なるカード所有者が操作していないことになる。そこで、照合部７０は不一致信号を出力する。カード型情報記録媒体１００が表示部２０（図２（Ａ）（Ｂ）参照）を備えている場合には、この不一致信号は図２（Ａ）（Ｂ）に示すＣＰＵ１４に入力される。ＣＰＵ１４は、表示駆動部２２を制御して、表示部２０にカードが使用できない旨の表示、例えば「使用不能」の文字などを表示する（ステップ３）。この不一致信号はパスワード出力部９０にも入力され、パスワード出力部９０はパスワードに代えて、カード所有者が真正でないのでカードが使用不能である旨の信号を出力する（ステップ４）。これにより、カード型情報記録媒体１００の使用が禁止される。
【００８４】
また、指紋情報が不一致であると、以降の照合動作は実施されない。ここで、指紋検出は、後述の通り例えば静電容量の検出原理を用いると消費電力が少なくて済む一方で、脈波を上述の通り光学的に検出すると比較的多くの電力を消費する。よって、指紋が不一致である時には、消費電力が多い脈波検出動作を実施しないようにしている。
【００８５】
ステップ２の判断がＹＥＳであると、照合部７０からの一致信号に基づいて、脈波検出センサ５０でのセンシングが開始され、脈波が検出される（ステップ５）。次に、指標抽出部６０にて、上述した各種指標のうちの少なくとも一つが抽出される（ステップ６）。この照合部７０には、抽出された指標と、比較情報記憶部８０の第２の比較情報記憶部８４からの第２の比較情報とが入力される。そして、照合部７０にて指標と第２の比較情報とが比較される（ステップ７）。第２の比較情報は、登録された本人の脈波の指標である。よって、抽出された指標が登録された本人のものであれば、照合部７０にて両者が一致した判断できる（ステップ７がＹＥＳ）。なお、第２の比較情報は許容幅をもって記憶されており、抽出された指標がその許容幅内であれば一致と判断される。
【００８６】
このように、脈波は生体から発せられる生体信号であり、それを処理して抽出した指標も生体独自のものである。よって、このような指標が記憶情報と一致していれば、確かに生存するカード所有者の指をモニタしたものであることが判明する。また、指標によっては、登録された本人の年齢、性別などを反映するため、年齢チェック及び／または性別チェックも実施することができる。
【００８７】
ステップ７の判断がＮＯであれば、ステップ３及び／またはステップ４が実施されるので、カードの盗用が防止される。
ステップ７の判断がＹＥＳであれば、真正でかつ生存しているカード所有者が操作したことになる。そこで、照合部７０は一致信号を出力する。カード型情報記録媒体１００が表示部２０を備えている場合には、この一致信号は図２（Ａ）（Ｂ）に示すＣＰＵ１４に入力される。ＣＰＵ１４は、表示駆動部２２を制御して、表示部２０にカードが使用できる旨の表示、例えば「使用可能」の文字などを表示する（ステップ８）。この一致信号はパスワード出力部９０にも入力され、パスワード出力部９０はパスワードを出力する（ステップ９）。これにより、カード型情報記録媒体１００での照合動作が完了する。
【００８８】
（履歴情報記憶部及び情報更新部）
図４に示すように、本人照合装置３０には、指標抽出部６０にて抽出された指標の履歴情報を記憶する履歴情報記憶部１３０と、その履歴情報に基づいて、比較情報記憶部８０の第２の比較情報記憶部８２に記憶されている第２の比較情報を更新する情報更新部１４０とをさらに設けることができる。
【００８９】
脈波から抽出される指標の中には、上述した通り、年齢依存性などのように経時的に変化する指標がある。このため、常に一定の指標を第２の比較情報として記憶していると、時の経過により本人の指標とは異なるものとなってしまう。そこで、脈波検出センサ５０にて脈波を検出する度に、抽出された指標を履歴情報として履歴情報記憶部１３０に記憶させる。この履歴情報記憶部１３０には、例えば過去複数回に検出された複数の指標が履歴情報として記憶される。情報更新部１４０は、その履歴情報に基づいて、例えば過去複数回に検出された指標の移動平均を演算し、その移動平均値を第２の比較情報として更新する。こうして、指標と比較される第２の比較情報は最新の情報に更新される。よって、照合エラーを低減できる。
【００９０】
このように本実施の形態では、指紋検出センサ４０のみならず、脈波検出センサ５０により本人照合を実施しているので、より本人照合精度を高くすることができることに加えて、半導体基板から切り離された微小タイル状素子をプラスチックシート１１上に接合して脈波検出センサ５０を形成しているので、ハンドリング性が向上してプラスチックシート１１上に容易、且つ迅速に半導体素子を実装できるとともに、小型で薄型の脈波検出センサ５０及びカード型情報記録媒体を得ることが可能になる。
【００９１】
また、本実施の形態では、自動出力制御により面発光レーザの出力を制御しているので、本人照合対象である検知対象者に向けて出射されるレーザ光の強度を調整（抑制）することができるため、いわゆるアイセーフ対策として安全性を向上させることが可能になる。
【００９２】
図３２（Ａ）〜（Ｃ）は、別のアイセーフ対策を採った本発明の光学式センサの実施形態をそれぞれ示す図である。これらの図において、図１１及び図１２に示した第１の実施形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。なお、本実施形態では、発光素子５１のみを図示し、受光素子５２については図示を省略する。
【００９３】
図３２においては、アイセーフ対策として、発光素子５１における面発光レーザ２１から出射されたレーザ光を拡散させる拡散装置を設けている。図３２（Ａ）に示す脈波検出センサ５０では、プラスチックシート１１と面発光レーザ２１との間に拡散装置としての光拡散板５３がレーザ光の光路に位置して設けられている。この光拡散板５３としては、例えばシリカ樹脂顔料を分散させたアクリル等の透明な板体を用いることができる。
【００９４】
図３２（Ｂ）に示す脈波検出センサ５０においては、基材と屈折率の異なる材質の粒子が分散されたプラスチックシート１１が拡散装置として用いられている。また、図３２（Ｃ）に示す脈波検出センサ５０においては、レーザ光の光路上の表面に凹凸１１ａが形成されたプラスチックシート１１が拡散装置として用いられている。なお、プラスチックシート１１ではなく、上記図３２（Ａ）で示した拡散板５３の代わりに、表面に凹凸を形成した透明な板体を設置してもよい。これらの拡散装置を設けることにより、検知対象者に向けて出射されたレーザ光を散乱させコヒーレンシーを低下させることができるため、アイセーフ対策として安全性を一層向上させることが可能になる。
【００９５】
なお、上記実施の形態では、発光素子５１及び受光素子５２をプラスチックシート１１の裏面側（指紋検出センサ４０の配置面と逆側）に設ける構成としたが、同じ側（面）に設ける構成であってもよい。
【００９６】
また、上記実施の形態では、発光素子５１及び受光素子５２のいずれもを、第１〜第１２工程で形成された微小タイル状素子で構成するものとして説明したが、いずれか一方のみを微小タイル状素子で構成し、他方を他の素子で構成することも可能である。例えば、微小タイル状素子で構成された発光素子５１としては、上記面発光レーザの他に発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることができ、他の素子で構成された発光素子５１としては、有機ＥＬ（エレクトロ・ルミネッセンス）装置を用いることができる。有機ＥＬ装置は、蛍光性の無機および有機化合物を含む薄膜を、陰極と陽極とで挟んだ構成を有し、前記薄膜に電子および正孔（ホール）を注入して再結合させることにより励起子（エキシトン）を生成させ、このエキシトンが失活する際の光の放出（蛍光・燐光）を利用して発光させる素子である。
【００９７】
一方、第１〜第１２工程で形成された微小タイル状素子で構成された受光素子５２としては、上記フォトダイオードの他にフォトトランジスタ、ＭＳＭ（ＭｅｔａｌＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＭｅｔａｌ；金属−半導体−金属）構造素子を用いることができる。ＭＳＭ構造素子は、半導体上に櫛形電極を配列した構造を有しており、例えばフォトダイオードとして用いることができる。また、他の素子で構成された受光素子５２としては、上記指紋検出センサ４０と同様の製造方法で製造される薄膜Ｓｉ−ＰＤ（フォトダイオード）、薄膜Ｓｉ−ＰＴｒ（フォトトランジスタ）、薄膜Ｓｉ−ＭＳＭ構造素子を用いることができ、これらはアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ成膜）か多結晶シリコン（ｐ−Ｓｉ転写）で形成することが可能である。
【００９８】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、本発明の光学式センサは本人照合装置以外にも、発光素子及び受光素子を備えた各種検出装置に適用可能である。また、本発明の光学式センサは必ずしもカード型情報記録媒体に限らず、他の携帯型電子機器、設置型電子機器などに搭載しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の実施形態に係るカード型情報記録媒体の概略説明図である。
【図２】（Ａ）及び（Ｂ）は、図１とは異なる本発明の実施形態に係るカード型情報記録媒体の概略説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係るカード型情報記録媒体及び情報処理装置から構成される情報処理システムのブロック図である。
【図４】本発明の実施形態に係るカード型情報記録媒体に内蔵される本人照合装置のブロック図である。
【図５】指紋検出センサ、脈波検出センサが形成されたプラスチックシートの正面図である。
【図６】指紋検出センサの概略説明図である。
【図７】図６に示す容量検出素子の断面図である。
【図８】カード型情報記録媒体の製造工程を示す概略説明図である。
【図９】指紋の山を接触させた時の静電容量検出素子の等価回路図である。
【図１０】指紋の谷を接触させた時の静電容量検出素子の等価回路図である。
【図１１】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ発光素子の概略断面図である。
【図１２】発光素子の具体例を示す概略断面図である。
【図１３】面発光レーザの自動出力制御回路を示す回路図である。
【図１４】微小タイル状素子の変形例を示す概略断面図である。
【図１５】微小タイル状素子の変形例を示す概略断面図である。
【図１６】微小タイル状素子の製造方法の第１工程を示す図である。
【図１７】微小タイル状素子の製造方法の第２工程を示す図である。
【図１８】微小タイル状素子の製造方法の第３工程を示す図である。
【図１９】微小タイル状素子の製造方法の第４工程を示す図である。
【図２０】微小タイル状素子の製造方法の第５工程を示す図である。
【図２１】微小タイル状素子の製造方法の第６工程を示す図である。
【図２２】微小タイル状素子の製造方法の第７工程を示す図である。
【図２３】微小タイル状素子の製造方法の第８工程を示す図である。
【図２４】微小タイル状素子の製造方法の第９工程を示す図である。
【図２５】脈波の波形の特徴を説明するための波形図である。
【図２６】指標を抽出する指標抽出部の一例を示すブロック図である。
【図２７】指標を抽出する指標抽出部の他の例を示すブロック図である。
【図２８】（Ａ）〜（Ｃ）は検出された脈波の波形図である。
【図２９】加速度波形の特徴を説明するための概略説明図である。
【図３０】波高比率を抽出する指標抽出部のブロック図である。
【図３１】図３に示す本人照合装置の動作タイミングチャートである。
【図３２】（Ａ）〜（Ｃ）は、拡散装置を有する脈波検出センサ５０を示す図である。
【符号の説明】
１０基板、１１プラスチックシート（シート状基板、拡散装置）、１１ａ凹凸、２３フォトダイオード（検出装置）、３１光モニター回路（制御装置）、５０脈波検出センサ（光学式センサ）、５１発光素子、５２受光素子、５３光拡散板（拡散装置）、１１０半導体基板

Claims

シート状基板に発光素子及び受光素子が設けられた光学式センサであって、
前記発光素子及び受光素子の少なくともいずれか一方は、半導体基板に形成され、且つフィルムに貼付された状態で前記半導体基板から切り離されて前記シート状基板に接合された半導体素子からなることを特徴とする光学式センサ。
請求項１記載の光学式センサにおいて、
前記受光素子は、化合物半導体デバイスであって、フォト・ダイオード、フォト・トランジスタ、ＭＳＭ構造素子のうちの少なくとも一つを有することを特徴とする光学式センサ。
請求項１または２記載の光学式センサにおいて、
前記発光素子は、化合物半導体デバイスであって、面発光レーザを有することを特徴とする光学式センサ。
請求項３記載の光学式センサにおいて、
前記面発光レーザの出力値を検出する検出装置と、
該検出装置の検出結果に基づいて前記レーザの出力を制御する制御装置とを有することを特徴とする光学式センサ。
請求項３記載の光学式センサにおいて、
前記面発光レーザから出射されたレーザ光を拡散させる拡散装置を有することを特徴とする光学式センサ。
請求項５記載の光学式センサにおいて、
前記拡散装置は、前記レーザ光の光路に配置された光拡散板を有することを特徴とする光学式センサ。
請求項５記載の光学式センサにおいて、
前記拡散装置は、屈折率の異なる材質の粒子が分散された前記シート状基板を有することを特徴とする光学式センサ。
請求項５記載の光学式センサにおいて、
前記拡散装置は、表面に凹凸が設けられた前記シート状基板を有することを特徴とする光学式センサ。
請求項１から８のいずれかに記載の光学式センサにおいて、
前記シート状基板は、前記発光素子の発光波長に対して透過性を有することを特徴とする光学式センサ。
請求項９記載の光学式センサにおいて、
前記シート状基板は、可視光を遮光する光学特性を有することを特徴とする光学式センサ。
請求項１から１０のいずれかに記載の光学式センサにおいて、
前記シート状基板に指紋検出装置が設けられることを特徴とする光学式センサ。
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の光学式センサを有することを特徴とするカード型情報記録媒体。
請求項１２に記載のカード型情報記録媒体と、
前記カード型情報記録媒体の情報に基づいて所定の処理を行う情報処理装置とを有することを特徴とする情報処理システム。