JP2004318890A - 指認識及びフィンガ・ナビゲーションを組み合わせるための画像入力システム及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子装置に組み込むのに十分なほど小さいサイズの単一センシングエリアを利用して、指認識とフィンガ・ナビゲーションを併せて実施する光学機構を提供する。
【解決手段】 画像化システム１０は、スワイプ・モジュール１００と画像処理システム２００とを有し、指認識及びフィンガ・ナビゲーションの両方に使用できる。ユーザが指２０を走らす細長いセンシングエリアを備えたスワイプ・インターフェース１１０が光源１２０により照射される。細長いセンシングエリアは、人間の指２０の先端よりも面積が小さい。指２０で反射した光は、センサ１４０によって、スワイプ・インターフェース１１０のセンシングエリアにおける指２０の動きから生じる一連の画像を表わした画像データとして入力される。入力画像データは、モード・スイッチ２２０で選択されたモードに応じて、プロセッサ２１０により処理される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一般に、画像入力分野に関するものである。とりわけ、本発明は、ナビゲーション及び認識のため、指紋の画像を得て、処理を施すためのシステム及び方法に関するものである。

認証のための指紋の利用は、数世紀前まで遡ることが可能である。例えば、１４世紀のペルシャでは、さまざまな政府の公文書に指紋（圧痕）が含まれており、ある政府高官は、２つの指紋が全く同じということはないという点に気づいていた。最近では、指紋は、生理的特性または行動特性に基づく個人の認証を表わす、バイオメトリクスとして既知の分野において重要な役割を果たしている。バイオメトリクスによって、犯罪捜査、施設への物理的出入り、及び、コンピュータ及び／またはコンピュータ・システムのデータへの電子的アクセスといった、いくつかの用途のための自動個人認証が可能になる。

指紋は、現在では、従来行われていたように、紙に押し付けた指紋を得る中間ステップを必要とすることなく、ディジタル画像の形で直接得ることが可能である。ディジタル指紋は、記憶しておいて、後で、指紋強調及び照合用途において処理することが可能である。認識に十分な特徴を備えた指紋画像を入力するには、一定の解像度及び指先面積（センシングエリア）が必要になる。例えば、連邦捜査局（ＦＢＩ）では、４００ｄｐｉの解像度で、１２×６ｍｍの指先面積を推奨している。サイズ及びコストが重要な要素になる他の用途の場合、上記と同じか、それ未満の解像度で、より狭い指先面積を利用することが可能である。例えば、多くの用途では、３００ｄｐｉの解像度で、９×１２ｍｍの指先面積が用いられてきた。しかし、より小面積及び／または低解像度の指紋画像入力用途では、指紋認証アルゴリズムの性能は、通常、入力される特徴の数が減少するために劣ることになる。

用途によっては、９×１２ｍｍの面積でさえ、指紋画像の入力専用にするのは望ましくない場合がある。例えば、携帯電話、ラップトップ・コンピュータ、携帯端末、電子マウス、または、他の電子装置の設計においては、装置自体を小型にし、同時に、より多くの機構を与えようとする傾向がある。従って、こうした電子装置に指認識機構を与えるためには、検知領域をできる限り小さくする必要がある。しかし、こうした電子装置に実装するのに十分なほど小さく、それにもかかわらず、十分な指認識アルゴリズム性能を可能にする指紋スキャナは、現在のところ得られない。

やはり、多くの電子装置によって得られるもう１つの機構は、スクリーン上におけるカーソルまたはポインタを制御するためのナビゲーション機構である。これまで、ＰＣ用途において最もよく知られているナビゲーション機構はマウスである。最近、一連の画像を移動の方向に相関させるトラッキング・アルゴリズムを利用して、ほぼいかなる任意の表面上においてもナビゲート可能な光学マウスが開発された。例えば、参考までに本明細書で全部が援用されている先行技術文献（例えば、特許文献１参照）には、マウス下の表面の空間的特徴を画像入力し、一連の画像を比較して、移動方向及び量を確認する光学マウスについての記載がある。さらに、参考までに本明細書で全部が援用されている先行技術文献（例えば、特許文献２参照）によれば、指の動きを検出して、その指の動きを、スクリーン上における対応するカーソルまたはポインタの動きに変換する光学フィンガ・ナビゲーション装置も開発されている。

同じ電子装置に指認識及びフィンガ・ナビゲーションのための独立した検知領域を配置するのは、コスト及びスペースの観点から非効率的である。しかし、指認識とフィンガ・ナビゲーションの両方を実施することが可能な指紋スキャナは現在のところ得られない。
米国特許第６，２８１，８８２号明細書 米国特許第６，０５７，５４０号明細書

従って、本発明の目的は、電子装置に組み込むのに十分なほど小さいサイズの単一検知領域を利用して、指認識とフィンガ・ナビゲーションを併せて実施する光学機構を提供することにある。

本発明のいくつかの実施態様によれば、少なくとも２つの異なる動作モードで指紋を画像入力し、指認識及びフィンガ・ナビゲーションの両方に応用できるようにするための装置が得られる。光源によって、ユーザが指を走らす細長い検知領域を備えたスワイプ・インターフェースが照射される。細長い検知領域（センシングエリア）は、人間の指の先端よりも面積が小さい。指で反射した光は、光画像センサによって、スワイプ・インターフェースの検知領域における指の動きから生じる一連の画像を表わした画像データとして入力される。入力画像データは、少なくとも２つの異なるモードの一方によるデータ処理のため、光画像センサから出力される。

本発明の他の実施態様によれば、少なくとも２つの異なる画像データ処理モード間において選択を行うモード・スイッチを備えた画像入力システムが得られる。光画像センサから受信した画像データは、少なくとも２つのモードの１つで画像データを処理するようにプログラムされたプロセッサに供給される。フィンガ・ナビゲーション・モードの場合、画像データは、一連の画像を相関させて、指が動く量及び方向を表わしたナビゲーション情報を確認することが可能なトラッキング・アルゴリズムを用いて処理される。画像は、画像センサによって入力される指紋のそれぞれの部分における微小テクスチャ特徴、例えば、隆線（稜線）及び凹線（谷線）を用いて、相関させられる。指認識モードの場合、画像データは、トラッキング・アルゴリズムと、指紋の照合に十分な数の微小テクスチャ特徴を備えた１つの連続した指紋画像を形成するため、一連の画像を結合（合成）するステッチング・アルゴリズムの両方を用いて処理される。ステッチング・アルゴリズムは、トラッキング・アルゴリズムによって確認されたナビゲーション情報を利用して、一連の画像のオーバラップ（重複部分）を決定する。

他の実施態様において、画像入力システムは、スタイラス・モードのような他のタイプの光学ナビゲーション応用例のための追加モードで動作することが可能である。スタイラス・モードの場合、指の一連の画像を表わした画像データから抽出されるナビゲーション情報を利用して、所望の英字、数、または、句読記号に関連したユーザによってなされるフィンガ・ストロークが決定される。画像入力システムのもう１つの動作モードは、光源がメッセージ表示灯として用いられる、明滅モードである。

単一検知領域（センシングエリア）を利用して、指認識とフィンガ・ナビゲーションの両方の応用例のための画像データが得られるようにすることによって、これらの応用例を電子装置に導入するサイズ及びコストが縮小及び低下する。さらに、検知領域を、指認識に従来用いられていた検知領域の９×１２ｍｍよりも小さくすることによって、携帯電話、ラップトップ・コンピュータ、携帯端末、及び、電子マウスのような、小型電子装置及び／または携帯式電子装置において、指認識応用例を実施することが可能になる。さらに、本発明によれば、上述のものに加えて、あるいは、それらの代わりに、他の特徴及び利点を備えた実施態様も得られる。これらの特徴及び利点の多くは、添付の図面に関連した下記の説明から明らかになるであろう。

開示の発明は、本発明の重要な見本となる実施態様を示す、参考までに明細書に組み込まれた、添付の図面に関連して説明されることになる。

本出願の数多くの新規の教示が、特定の典型的な実施態様に関連して解説される。ただし、云うまでもないが、これらの実施態様によって示されるのは、本明細書における新規の教示の数多くある有用な用途のほんの数例にすぎない。一般に、本明細書でなされる説明は、必ずしも、特許請求の範囲に記載されているさまざまな発明の任意のどれかについて限界を設定するものではない。さらに、説明の中には、本発明のある特徴には当てはまるが、他の特徴には当てはまらないというものもある。

図１には、１つがフィンガ・ナビゲーション・モードで、もう１つが指認識モードという、少なくとも２つの異なるモードで動作可能な画像入力システム１０が例示されている。画像入力システム１０の用途によっては、他のモードも可能である。例えば、画像入力システム１０は、フィンガ・ストロークを利用して、簡便かつ効率のよいやり方で、書かれた英字、数字、句読記号、及び、他の書かれた伝達形態を表わす、スタイラス・モードで動作するようにプログラムすることが可能である。画像入力システム１０には、今後はスワイプ・モジュール１００と呼ぶことにする、人間の指２０の画像を表わした画像データ５０を入力するための装置と、少なくとも２つの異なるモードの１つで画像データ５０を処理するための画像処理システム２００が含まれている。以下で用いられるように、「指」という用語には、人間の手または足の任意の指（手指、親指、または、足指）が含まれる。

スワイプ・モジュール１００には、ユーザがその上に指２０を押し付けて、指２０を動かす上面１１５を備えたスワイプ・インターフェース１１０が含まれている。上面１１５は、フラットにすることもできるが、わずかに湾曲させることができるのが望ましい。例えば、凸状に湾曲させると、上面１１５の検知領域（センシングエリア）を拡大するのに役立つ。検知領域は、上面１１５に押し付けられた指２０の画像を入力するために焦点が合わせられた、上面１１５の一部である。望ましい実施態様の場合、検知領域には、スワイプ・インターフェース１１０の上面１１５全体が含まれる。スワイプ・インターフェース１１０は、スワイプ・インターフェース１１０の上面１１５を照射する光源１２０から放出される光に対して透明な、ガラスまたは他の耐摩耗性材料から形成することが可能である。

実施態様の１つでは、スワイプ・インターフェース１１０は、少なくとも１つの方向の寸法において人間の指の先端領域より小さい検知領域を設けるため、細長い形状をなしている。人間の指の先端領域は、従来の９×１２ｍｍの検知領域と定義される。図１に示す軸を利用すると、ある実施態様の場合、スワイプ・インターフェース１１０は、ｙ方向に細長い。一例として、スワイプ・インターフェース１１０は、ｙ方向において約７〜９ｍｍで、ｘ方向において１ｍｍである。他の実施態様の場合、スワイプ・インターフェース１１０は、領域拡大という代償を払ってでも、性能を向上させることができるように、領域によっては２ｍｍまでといったように、ｘ方向において拡大することが可能なものもある。

図１に示すように、ユーザの指２０は、指先から指２０の付け根までの指２０の全長がｘ方向に向き、指２０の両側間にわたる指２０の幅がｙ方向に向くようにして、スワイプ・インターフェース１１０上に配置される。従って、指２０の全長は、図示のように、指２０の幅にわたって指２０の先端部分の画像を入力するため、スワイプ・インターフェース１１０の長手方向に直交している。ただし、云うまでもなく、他の実施態様には、スワイプ・インターフェース１１０の長手方向に対して、指２０の全長をスワイプ・インターフェースの軸方向（長手方向）に任意の位置まで回転させることが可能なものもある。例えば、指２０の全長は、スワイプ・インターフェース１１０の長手方向に対して平行にすることも可能である。

光源１２０は、任意の適合する電磁放射線（光１２５）源とすることが可能である。例えば、制限するわけではないが、光源１２０は、単一の発光ダイオード（ＬＥＤ）、スワイプ・インターフェース表面１１５の異なる部分を照射するように配置された複数のＬＥＤ、または、所望の平均強度で光１２５を放出するように設計されたＬＥＤアレイとすることが可能である。光源１２０から放出される光１２５の波長は、人間の皮膚からの光１２５の反射を最大にし、反射光１２８と望ましくない光信号とを識別できるように選択される。さらに、光１２５の波長は、ユーザまたはメーカの選好に基づいて選択することが可能である。例えば、メーカによっては、特定の用途において赤色光よりも青色光を選択する場合があり得る。光源１２０は、安定した照射量または可変照射量の連続モードで「オン」状態にするか、あるいは、光源１２０をパルス動作でオン／オフして、平均光量のサーボ制御により露光を制御する、デューティ・サイクル・モードで「オン」状態にすることが可能である。照射強度は、任意の既知技法を用いて制御することが可能である。

照射光学素子（不図示）を利用して、所望の入射角でスワイプ・インターフェース１１０に光１２５を向けることも可能である。例えば、照射光学素子は、ＬＥＤドーム・レンズ、または、光の損失量を最小限に抑えて、スワイプ・インターフェース１１０に光１２５を送る光パイプから構成することが可能である。当該技術において既知のように、不透明材料を照射するのに望ましい入射角は、５〜２０度の範囲内のかすめ角（グレージング角）である。この範囲の入射角であれば、画像入力される物体に固有の構造特徴を表わした画像データのＳ／Ｎ比が高くなる。しかし、皮膚の透明性のために、ユーザの指２０の画像を表わす画像データ５０を十分に入力するのに、こうした斜角は必要ではない。従って、入射角の選択は、主として、用いられるＬＥＤの数及びタイプ、ｚ方向におけるスワイプ・モジュール１００の厚さ、及び、用いられる光学素子（照射及び画像転送）といった、スワイプ・モジュール１００の設計によって決まる。

指２０の先端をスワイプ・インターフェース１１０の上面１１５に押し付けると、微小テクスチャ特徴と総称される、皮膚の隆線（稜線）及び凹線（谷）が、上面１１５の平面において観測できる。画像転送光学素子１３０によって、それらの微小テクスチャ特徴から反射した光１２８は、ＣＣＤ（電荷結合素子）、ＣＭＯＳ−ＡＰＳ（相補型金属酸化膜半導体−活性ピクセル・センサ）、または、当該技術において既知の他の任意のタイプの光センサとすることが可能な、光画像センサ１４０の一部をなす光検出器アレイに送られる。光画像センサ１４０は、拡大／縮小機構を併用することによって、シリコン領域を縮小することができるので、熱または容量性画像センサよりも望ましい。熱及び容量性画像センサは、一般に、検知領域と同等のサイズのシリコン領域を必要とする。さらに、容量性画像センサは、静電気放電に影響されやすい可能性があり、このため、Ｓ／Ｎ比が低下し、従って、画像が劣化する可能性がある。

光画像センサ１４０は、各光検出器において測定される反射光１２８の強度を表わした画像データ５０の形で、微小テクスチャ特徴の画像を得る。各光検出器によって、画像の画素（ピクセル）が入力され、全てのピクセルを組み合わせて、完全な画像が形成される。光検出器は、例えば、スワイプ・インターフェースの長手方向に対して平行な細長いアレイをなすように配列されたフォトダイオードまたはフォトトランジスタとすることが可能である。例えば、図１に示すように、スワイプ・インターフェース１１０及びセンサ１４０は、両方とも、ｙ方向に細長い。細長いアレイのサイズは、光学素子の倍率によって決まる。例えば、ある実施態様の場合、光学素子の倍率は、１：３の比率で１未満である。従って、検知領域（上面１１５）のサイズが９ｍｍ×１ｍｍの場合、センサ１４０のサイズは、３ｍｍ×０．３ｍｍしか必要ないことになる。指先２０の特徴は、人間の裸眼で検分するのに十分な大きさがあるので、センサ１４０のコストを低減し、さらに、スワイプ・モジュール１００のサイズも縮小するため、１未満の倍率を用いて、センサ１４０領域を縮小することが可能である。ただし、云うまでもないが、スワイプ・モジュール１００のサイズ制約条件及びメーカの選好に従って、１未満、ほぼ１、または、１を超える他の倍率を利用することも可能である。

各光検出器は、５〜６０μｍ角の感光領域を備えており、光検出器間の間隔は、センサ１４０の所望の空間解像度を実現するように設計されている。例えば、３ｍｍ×０．３ｍｍのピクセル領域上において、９ｍｍ×１ｍｍの指検知領域で４００ｄｐｉの解像度を実現するには、２１μｍ×２１μｍのサイズの、１１４×１６個の光検出器が必要になる。所望の解像度に制限されることなく、光検出器のサイズ、及び、光検出器間の間隔は、画像の微小テクスチャ特徴毎に少なくとも１つの（できれば、２つ以上の）光検出器を備えるように構成されており、光検出器アレイの全体サイズは、いくつかの微小テクスチャ特徴を備えた画像を入力するのに十分な大きさである。

画像センサ１４０は、少なくとも２つの異なるモードの少なくとも１つで、画像データ５０を処理することが可能な画像処理システム２００内のプロセッサ２１０に画像データ５０（例えば、生ピクセル値）を供給する。各モード毎に、個別プロセッサ２１０を利用することもできるし、あるいは、１つのプロセッサ２１０に、全モードで動作するようにプログラムすることも可能である。プロセッサ２１０は、任意のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、または、選択されたモードで画像データ５０の処理が可能な他の処理装置とすることが可能であり、画像センサ１４０と同じチップに埋め込むことも可能である。モード・スイッチ２２０は、さらに詳細に後述するように、異なるモード間で選択を行い、センサ１４０の露光時間、フレームレート、及び、光源１２０の照射強度を制御する。モード・スイッチ２２０は、ユーザの要望する用途に基づいて、ユーザがトグルすることもできるし、あるいは、タスクが完了するとトグルするようにプリセットすることもできるし、あるいは、その両方のやり方でトグルすることも可能である。例えば、実施態様の１つにおいて、モード・スイッチ２２０は、指認識モードに初期設定し、指紋の認証がなされると、自動的にトグルして、フィンガ・ナビゲーション・モードになるようにすることが可能である。

上述のように、モード・スイッチ２２０によってあるモードまたは別のモードを選択すると、プロセッサ２１０による画像データ５０の処理方法が決まる。さらに、センサ１４０の露光時間は、選択されたモードによって変動する可能性がある。例えば、フィンガ・ナビゲーション・モードの場合、ユーザは、スワイプ・インターフェース１１０上において、指認識モードの場合よりも素早く、不規則に指を動かす可能性があり、画像により多くの迷光を入り込ませることになる。この場合、モード・スイッチ２２０によって、センサ１４０の露光時間を短縮することによって、検出される迷光の量、従って、画像内におけるノイズ量を低減させることが可能である。

露光時間に加えて、または、その代わりに、モード・スイッチ２２０は、選択モードに従って、光源１２０から放出される光１２５の強度を制御することも可能である。例えば、指認識モードの場合、モード・スイッチ２２０は、フィンガ・ナビゲーション・モードの場合の照射強度に比べて、照射強度を増すことによって、Ｓ／Ｎ比を高め、指紋照合の正確度を向上させることが可能である。他の実施態様の場合、スワイプ・モジュール１１０は、ユーザの指がスワイプ・モジュール１１０に係合していない場合には、画像データ５０の生成を中断し、光源１２０によって放出される光１２５の強度を弱める「一時停止」機能を実施することが可能である。スワイプ・モジュール１００は、反射光１２８が、たとえ存在したとしても、反射表面（すなわち、指２０）が遠すぎるか、または、単純に視野内にないために、同じ強度で光検出器に達しなくなると、「一時停止」機能を開始することが可能である。非常に明るい環境であっても、「一時停止」機能は、光検出器の出力がほぼ一様になるのに応答して、開始することが可能である。

さらに、モード・スイッチ２２０は、センサが、選択されているモードに従って、一連の画像を表わした画像データ・セットを生成するフレームレートを制御することが可能である。例えば、指認識モードの場合、ユーザは、一般に、フィンガ・ナビゲーション・モードの場合よりもゆっくりと指２０を走らせる。さらに、指認識モードの場合には、一連の画像にステッチをかけて（合成して）、完全な画像が形成されるが、フィンガ・ナビゲーション・モードの場合には、一連の画像を比較して、動きが確認される。従って、指認識モードにおける一連の画像間のオーバラップは、フィンガ・ナビゲーション・モードと比較して、最小になるようにしさえすればよい。一例を挙げると、指認識モードにおいて、ユーザが、幅１ｍｍの検知領域で、毎秒２５ｍｍ指を動かすと、指紋の完全な画像を入力するのに、毎秒２６フレームのフレームレートで十分である。フィンガ・ナビゲーション・モードの場合には、毎秒５００フレームまでのフレームレートが必要になる可能性がある。

画像入力システム１０は、単一電子装置内または複数電子装置内に含むことが可能である。例えば、スワイプ・モジュール１００は、マウスのような遠隔電子装置に実装することが可能であり、一方、画像処理システム２００は、マウスに対するインターフェースを備えたパーソナル・コンピュータに実装することが可能である。もう１つの例として、スワイプ・モジュール１００及び画像処理システム２００は、両方とも、携帯電話、ラップトップ・コンピュータ、または、ＰＤＡのような、小型電子装置及び／または携帯式電子装置に実装することが可能である。云うまでもないが、画像入力システム１０が完全に単一電子装置内に実装される場合には、画像処理システム２００は、スワイプ・モジュール１００内に組み込むか、スワイプ・モジュール１００に接続することが可能である。

スワイプ・モジュール１００は、電子装置の要件に基づくｚ方向の厚さを備えている。例えば、多くの電子装置は、５ｍｍ未満の厚さを命じている。電子装置の厚さ仕様の範囲内においてスワイプ・モジュール１００を製作するため、光路を折り返すか、または、光学素子のサイズを縮小するためのさまざまな技法を利用することが可能である。

図２には、折り返し（屈曲）光学素子の一例が示されている。図２には、典型的なスワイプ・モジュール１００の絵画的表現による拡大略側面図が例示されている。ＬＥＤ１２０から放出される光１２５は、結合レンズ１５０によってプリズム１５５に結合され、プリズム１５５によって、所望の入射角でスワイプ・インターフェース１１０に送り込まれる。光１２５は、プリズム１５５の形状及び入射角に応じて、内面全反射（ＴＩＲ＝Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）メカニズムを用いて送ることが可能である。他の実施態様の場合、光１２５は、反射光メカニズムを利用して送ることが可能である。図２の場合、光１２５は、プリズム１５５の第１の表面１５８を通過し、屈折によって、所望の入射角でスワイプ・インターフェース１１０の上面１１５に向かう。スワイプ・インターフェース１１０の表面１１５に押し付けられた指２０からの反射光１２８は、プリズム１５５の第１の表面１５８で内面反射して、プリズム１５５の第２の表面１５９を通過する。

プリズム１５５から出射する反射光１２８は、スワイプ・インターフェース１１０の長手方向に対して直交するｘ方向に進行して、拡大／縮小光学素子１３０を通過し、拡大／縮小光学素子１３０によって、反射光１２８は、もう１つのプリズム１３５に送られる。光１２８は、プリズム１３５によって、表面１３８で内面反射され、センサ１４０に対してｚ方向に向け直される。ｚ方向に従来からある光学素子を利用する代わりに、ｘ方向に折り返し光学素子を利用することによって、ｚ方向におけるスワイプ・モジュール１１０の厚さを薄くすることが可能になる。もちろん、照明用の光学素子１５０及び／または画像を転送するための光学素子１３０において、アパーチャ及びレンズといった追加光学コンポーネントを利用することも可能である。さらに、図２に示す光学構成の代わりに、他の光学構成を利用して、光路を折り返すことも可能である。

図３Ａ及び３Ｂには、スワイプ・モジュール１００の厚さ許容差内に収まるように光学素子のサイズを縮小する例の１つが例示されている。図３Ａ及び３Ｂは、典型的なスワイプ・モジュール１００の拡大側面図である。ＬＥＤ１２０から放出された光１２５は、結合レンズ１５０によってプリズム１５５に送られる。結合レンズ１５０には、ＬＥＤ１２０から狭い角度で発散する光１２５をコリメートすることが可能な対向する凸面が含まれている。スワイプ・モジュール１００内におけるプリズム１５５の形状及び位置は、光１２５が反射されるように、所望の入射角でスワイプ・インターフェース１１０に光を送るか、あるいは、スワイプ・インターフェース１１０内で多重の内面全反射を生じるように、スワイプ・インターフェース１１０に光１２５を送るように設計されるが、後者が例示される。

スワイプ・インターフェース１１０内で多重のＴＩＲを実現するため、スワイプ・インターフェース１１０の上面１１５に直交する内部側面１１２に吸光材料をコーティングして、側面で反射光を吸収するのが望ましい。他の実施態様には、内部側面１１２を鏡面仕上げにすることが可能なものもある。光１２５は、光１２５の内面全反射を生じさせるため、スワイプ・インターフェース１１０材料の臨界角を超える入射角で上面１１５に送り込まれる。上面１１５からの内面全反射光１２５は、光１２５の別の内面全反射を生じさせるため、臨界角を超える入射角で、上面１１５と平行な底面１１８に送られる。スワイプ・インターフェース１１０の厚さ１１９は、より薄いスワイプ・モジュール１００（例えば、２ｍｍ）を実現可能とするため、約０．５〜１ｍｍになる。

指２０からの反射光１２８は、スワイプ・インターフェース１１０の底面１１８を透過し、マイクロレンズ・アレイ１７０によって、光検出器アレイ１４５を備える画像入力センサ１４０に集束させられる。スワイプ・モジュール１００の基板１８０上には、ＬＥＤ１２０、ドーム状のレンズ１５０、及び、画像入力センサ１４０が形成されている。

図３Ｂに示すように、マイクロレンズ・アレイ１７０内の各マイクロレンズ１７５ａ、１７５ｂ、１７５ｃは、それぞれ、光検出器の１つ１４５ａ、１４５ｂ、１４５ｃと１対１で結合されている。例えば、マイクロレンズ１７５ａは、指紋２５の一部（例えば、指紋の隆線２５ａまたは指紋の凹線２５ｂ）からの反射光１２８を対応する光検出器１４５ａに集束させる。各光検出器１４５のサイズは、それぞれ、各光検出器１４５ａ、１４５ｂ、１４５ｃの視野（ＦＯＶ＝Ｆｉｅｌｄ Ｏｆ Ｖｉｅｗ）１９０ａ、１９０ｂ、１９０ｃを制限して、視野１９０と隣接マイクロレンズ１７５が重なり合わないように選択される。

処理モードに応じて、光検出器アレイをなす光検出器１４５の全て、または、光検出器１４５の一部だけから画像データを得ることが可能である。例えば、指認識モードの場合、指紋２５の完全な画像を入力するには、９ｍｍ×１ｍｍの検知領域全体が必要になる。しかし、フィンガ・ナビゲーション・モードの場合には、動きの方向を確認するのに、ほんのわずかな指紋２５の特徴だけしか必要とされないし、多くの場合、指２０は、９ｍｍ×１ｍｍの全検知領域に位置しているわけではない。従って、フィンガ・ナビゲーション・モードの場合、画像データは、指２０に接触しているスワイプ・インターフェース１１０領域からの光を検出する、光検出器１４５の一部から取得しさえすればよい可能性がある。

図４に示すように、フィンガ・ナビゲーションに必要な光検出器１４５の数を減らし、同時に、指の動きを確認するのに十分な画像データを入力するため、光検出器アレイ１４８の中心部におけるより広い検知領域をフィンガ・ナビゲーションのために提供するように、光検出器アレイ１４８を変更することが可能である。図４において、フィンガ・ナビゲーション・モードの場合、スワイプ・インターフェースにおける指の位置は、主として、検知領域の長手方向（ｙ方向）の中心部にあるものと仮定する。また、指認識モードでは、指の一部が、検知領域の長手方向の中心部に位置するものと仮定するが、図１４及び１５に関連してさらに詳細に後述するように、その中心部分を利用して、フィンガ・ナビゲーション情報を取得することによって、一連の画像のステッチング（合成）が可能になる。

従って、図４に示す光検出器１４５の構成において、対応するスワイプ・インターフェース（不図示）の一般的なサイズは９ｍｍ×１ｍｍであるが、スワイプ・インターフェースの中心領域は、２ｍｍ×２ｍｍの中心領域が得られるように、ｘ方向に拡大されている。中心領域は、フィンガ・ナビゲーションに利用される。これに応じて、センサ１４０の中心領域（点線で示された）も、スワイプ・モジュールの拡大中心領域からの光を検出するため、ｘ方向に拡大されている。４００ｄｐｉの解像度は、１ｍｍ当たり約１６の光検出器に対応し、これは、１４４×１６の指認識光検出器１４５ｅ（黒の実線内に示された）、及び、光検出器アレイ１４８の中心領域における３２×３２のフィンガ・ナビゲーション光検出器１４５ｄ（点線内に示された）に相当する。

図５は、本発明の画像入力システム１０の典型的なハードウェア及び処理コンポーネントを例示したブロック図である。画像入力システム１０には、それに投射された画像を入力して、その画像を表わしたアナログ信号３４５を発生する光検出器アレイ１４８を備えたセンサ１４０が含まれている。行デコーダ３１０及び列デコーダ３２０は、光検出器アレイ１４８の行及び列を選択し、ピクセル値を表わしたアナログ信号３４５を読み取って、光検出器をリセットする。列増幅器３３０は、アナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）３５０によってアナログ信号３４５を対応するディジタル信号３５５に変換する前に、アナログ信号３４５を増幅して、プログラマブル利得制御装置３４０に供給する。ＡＤＣ３５０は、指認識モードの場合、約２５フレーム／秒の速度で動作可能な、また、フィンガ・ナビゲーション・モードの場合には、５００フレーム／秒の速度で動作可能な、６ビット、８ビット、または、１０ビットＡＤＣとすることが可能である。

画像入力システム１０には、さらに、ディジタル信号３５５の処理に適したモードのプロセッサ２１０を選択するためのモード・スイッチ２２０が含まれている。上述のように、モード・スイッチ２２０は、さらに、画像タイミング制御回路要素３６０を介して、センサ１４０のフレームレート及び露光時間（シャッタ速度）を制御する。フィンガ・ナビゲーション・モードの場合、図７及び８に関連してさらに詳細に後述するように、ナビゲーション・エンジン３７０にディジタル信号３５５を加えて、以前の画像と比較した現在の画像の移動方向及び量を表わしたナビゲーション情報３７５を確認する。他の実施態様では、指の曲線移動及び回転に対する追従性を向上させるため、１つ以上の追加ナビゲーション・センサ（不図示）によってナビゲーション情報３７５が確認される。例えば、画像入力センサ１４０の両端に１対のナビゲーション・センサを配置して、指が動く画像を有効に観測し、画像入力センサ１４０に対する指の変位を表示する。

指認識モードの場合、図９〜１２に関連して後述するように、指紋エンジン３８０にディジタル画像３５５が供給され、現在の画像と以前の画像にステッチがかけられて、指紋の完全な１つの画像を生成され、その指紋と以前に記憶した指紋の照合が行われる。現在の画像と以前の画像のオーバラップ量を決定して、画像にステッチをかけるため、ディジタル信号３５５は、ナビゲーション・エンジン３７０にも供給され、移動量（ナビゲーション情報３７５）が求められる。指紋の完全なディジタル画像を形成するのに必要なディジタル画像数は、フレームレートと指の移動速度によって変動する。しかし、結果生じる完全なディジタル画像にステッチをかける（合成して所望の画像を形成する）ことによって、７ｍｍ×１２ｍｍまたは９ｍｍ×１２ｍｍ（スワイプ・インターフェースのサイズによって決まる）の全検知領域を表わしたディジタル信号セットが形成される。こうしたディジタル信号は、指紋照合に十分な数の特徴を得るのに必要とされる。指紋エンジン３８０は、指紋の完全な画像または指紋照合分析結果を表わすことが可能な指紋情報３８５を出力する。

スタイラス・モードの場合、ディジタル信号３５５は、ナビゲーション・エンジン３７０に供給され、移動方向及び量を表わしたナビゲーション情報３７５が確定される。ナビゲーション情報は、図１３〜１４に関連して後述するように、スタイラス・エンジン３９０に供給され、ナビゲーション情報と、英字、数、句読記号、または、他の書かれた伝達形態（今後は、文字と総称する）の識別に用いられるフィンガ・ストロークとが相関させられる。ディジタル信号３５５は、スタイラス・エンジン３９０に供給することによって、ある文字の完了及び別の文字の開始を表わすための指を上げる動作を判定することも可能である。スタイラス・エンジン３９０は、スワイプ・モジュールを組み込んだ電子装置に一体化されたディスプレイ上において、ユーザに対して対応する文字を表示するためにホスト（またはプロセッサ）が利用可能な文字コード３９５を出力する。例えば、ディスプレイは、携帯電話のＬＣＤのように、電子装置に配置することが可能である。もう１つの例として、ディスプレイは、スワイプ・モジュールが組み込まれたマウスに接続された、パーソナル・コンピュータに接続されたスクリーン上に配置することも可能である。もちろん、ナビゲーション・エンジン３７０、指紋エンジン３８０、及び、スタイラス・エンジン３９０には、上述の機能を実施するために必要なハードウェア、ソフトウェア、及び／または、ファームウェアが含まれており、オブジェクト指向プログラミングを含む任意のタイプのプログラミング技法を用いてプログラミングを施すことが可能である。

次に図６を参照すると、画像入力システムが複数モードで動作する典型的なプロセスが例示されている。最初に、画像入力システムのユーザによって、または、画像入力システムに記憶された所定のデフォルトモードによって、画像解システムの動作モードが選択される（ブロック６００）。例えば、画像入力システムは、確実な指紋照合がなされるまで、指認識モードで動作するようにプログラムすることが可能である。その後、画像入力システムは、ユーザがディスプレイにおいてポインタ（カーソル）を動かして、画像入力システムまたは画像入力システムを組み込んだ電子装置によって提供される１つ以上の機能オプションを選択できるようにするため、フィンガ・ナビゲーション・モードで動作するように設定することが可能である。これらの機能オプションの１つは、ユーザが、フィンガ・ナビゲーション・モードにある間に選択可能なスタイラス・モードとすることが可能である。

モードの選択が済むと、画像入力システムのスワイプ・インターフェース上で移動する指の一連の画像が入力され（ブロック６１０）、トラッキング・アルゴリズムに供給されて、指の移動量及び方向を表わしたナビゲーション情報（例えば、Δｘ、Δｙ）が確認される（ブロック６２０）。画像入力システムが指認識モードにある場合（ブロック６３０）、ナビゲーション情報は、指紋照合アプリケーションに供給され、ナビゲーション情報を用いて一連の画像にステッチがかけられ、画像入力された指紋と記憶されている指紋を比較して、ユーザの認証が行われる（ブロック６４０）。しかし、画像入力システムが別の動作モードにある場合には、ナビゲーション情報は、他のモードで動作可能な他のアプリケーションに供給されることになる（ブロック６５０）。例えば、別の動作モードは、フィンガ・ナビゲーション・モードとすることが可能であり、この場合、ナビゲーション情報は、ナビゲーション情報に対応する距離だけ、ディスプレイ上においてポインタを移動させることが可能なポインティング・アプリケーションに供給することが可能である。他の実施態様では、スタイラス・モードのような、他の動作モードが可能なものもある。画像入力システムがスタイラス・モードにある場合、ナビゲーション情報は、スタイラス・アプリケーションに供給され、ナビゲーション情報を処理することによって、適正な文字が決定される。

いくつかの異なる機構を利用して、フィンガ・ナビゲーション・モード、指認識モード、及び、スタイラス・モードにおいて用いられるナビゲーション情報の確認が可能である。例えば、参考までに本明細書において全体が援用されている、米国特許第６，１７２，３５４号明細書（発明の名称「ＯＰＥＲＡＴＯＲ ＩＮＰＵＴ ＤＥＶＩＣＥ」）に記載のように、動きは、以前の画像におけるあるパターンと現在の画像における同じパターンを相互相関させることによって検出される。円調和関数を利用して、以前の画像と比較した現在の画像の動きを確認することによって、回転不変ナビゲーション情報が得られるようにする。参考までに本明細書において全体が援用されている米国特許第６，１９５，４７５号明細書（発明の名称「ＮＡＶＩＧＡＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＨＡＮＤＨＥＬＤ ＳＣＡＮＮＥＲ」）には、ナビゲーション情報を確認するためのもう１つの方法についての記載がある。米国特許第６，１９５，４７５号明細書では、サンプル・フレームと基準フレームとの関係を表わした相関データの相関面を一般的な２次元テイラー級数展開としてモデル化し、基準フレームとサンプル・フレームの両方に含まれる基準特徴の変位が確認される。

参考までに本明細書において全体が援用されており、図７及び８に概要が例示されている米国特許第５，５７８，８１３号明細書（発明の名称「ＦＲＥＥＨＡＮＤ ＩＭＡＧＥＳ ＳＣＡＮＮＩＮＧ ＤＥＶＩＣＥ ＷＨＩＣＨ ＣＯＭＰＥＮＳＡＴＥＳ ＦＯＲ ＮＯＮ−ＬＩＮＥＡＲ ＭＯＶＥＭＥＮＴ」）には、もう１つのナビゲーション・メカニズムの教示がある。米国特許第５，５７８，８１３号明細書に記載のナビゲーション・メカニズムは、一連のフレーム内における特徴の位置を比較することによって画像データの一連のフレームを相関させる。第１のステップとして、画像入力プロセスの開始時に、基準フレームが入力される（ブロック７００）。その後で、センサから画像データの現在のフレームを得ることによって、その後の時点におけるセンサ位置が確認される（ブロック７１０）。

その後、フレームの１つ（基準または現在のフレーム）の全内容が、１つのピクセルのオフセット試行シフトで許される８方向（例えば、「零」シフト、右へのシフト、右下方へのシフト等）のそれぞれにおいて、ピクセル１つ（１つの光検出器に対応する）分の距離だけシフトされる。各シフト毎に（ブロック７２０及び７４０）、互いに重なり合うフレーム部分が、ピクセル毎に取り去られ、結果生じる差は、自乗して、さらに合計され、オーバラップ領域内における相似（相関フィギュア・オブ・メリット）の測度が得られる（ブロック７３０）。さらに、フレーム間において動きがない場合には、「零」シフトに関する相関のフィギュア・オブ・メリットも計算される。より大きい試行シフトが可能となることが理解されよう。例えば、他の動作モードでは、移動方向を確認するために、より大きい試行シフトが必要とされる場合には、フレームレートを低下させることも可能である。しかし、相関のフィギュア・オブ・メリットの計算に付随する複雑性は、試行シフト量が増大するにつれて増すことになる。

上記シフトは、アレイの全部の行または列を一度に出力することが可能なメモリに関するアドレス・オフセットを利用して実施される。専用演算回路要素が、シフトされるフレームを納めているメモリ・アレイ、及び、他のフレームを納めているメモリ・アレイに接続されていて、各試行シフト毎に相関のフィギュア・オブ・メリットを公式化する。シフトされるフレームと他のフレームとの間における不一致エッジに沿ったピクセル位置は、対応する相関のフィギュア・オブ・メリットに影響しない。

差が最小の（相関フィギュア・オブ・メリットが最低の）試行シフトは、２つのフレーム間の移動方向を表わす（ブロック７５０）。最低の相関フィギュア・オブ・メリットからナビゲーション情報（例えば、Δｘ、Δｙ）を計算して（ブロック７６０）、出力することが可能である。例えば、ナビゲーション情報は、ポインタ（またはカーソル）の現在位置を表示するため、ポインタ・アプリケーションに対して出力することもできるし、あるいは、後続の計算における利用に備えて、別モードのアプリケーションに対して出力することも可能である。現在のフレームを次に入力される画像のための基準フレームとして利用することもできるし、あるいは、初期基準フレームを順次現在フレームに再利用することも可能である。初期基準フレームを再利用するため、最新の動きに関するナビゲーション情報（方向及び変位量データ）が、後続のシフト操作及び相関フィギュア・オブ・メリットの計算操作に備えて保存される。各シフト操作によって、基準フレームの一部が実質的に処分されるので、基準フレームのサイズが縮小し、相関フィギュア・オブ・メリットの統計的な質が劣化することになる。しかし、シフトされ、縮小された初期フレームのエッジが、もとの基準フレームであったフレーの中心に接近し始めると、新たな基準フレームが採用されることになる。

図８は、図７の選択ステップの概略図である。Ｔ字形の特徴６４の画像を備えた基準フレーム６２が示されている。その後で（ｄｔ）、画像入力センサは、基準フレーム６２に対して変位しているが、ほぼ同じ特徴を含んでいる、現在のフレーム６６を入力する。期間ｄｔは、Ｔ字形特徴６４の相対変位が画像入力センサのピクセル１つ分より少なくなるように設定するのが望ましい。しかし、単純化のため、図８では、完全なピクセル１つ分と仮定されている。

図８に示す要素７０は、８つの最も近傍のピクセルへのフレーム６８のピクセル値の順次シフトを表わしている。すなわち、ステップ「０」には、シフトが含まれておらず、ステップ「１」は、左上方への対角シフトであり、ステップ「２」は、上方へのシフトであり、等々。こうして、ピクセル１つ分シフトしたフレームとサンプル・フレームを比較して、位置フレームのアレイ７２を生成することが可能である。位置「０」と表示された位置フレームには、シフトが含まれていないので、その結果は、単なるフレーム６６と６８の組合せにすぎない。位置「３」では、陰影ピクセルの数が最小となっており、従って、最も相関性の強いフレームである。相関結果に基づいて、サンプル・フレーム６６内におけるＴ字形特徴６４の位置は、前に入力した基準フレーム６２における同じ特徴の位置に対して右上方に対角シフトしたものと判定されるが、これは、期間ｄｔ中に、指が左下方に動いたことを表わしている。

単純化のため、図８にはＴ字形の特徴が示されているが、図９には、いくつかの微小テクスチャ特徴を備えた典型的な指紋２５の一部が例示されている。人の指紋２５は、独特の、１つしかない隆起パターン構造を備えている。ナビゲーション及び認識のため、人の隆起パターン構造は、個々の隆線の端部及び分岐部の位置によって特徴を表わすことが可能である。これらの微小テクスチャ特徴は、指紋技術において細部として知られている。

図９に示す指紋の細部は、「ボックス」で囲まれている。例えば、ボックス３０は、分岐隆線の分岐細部３１を囲んでおり、ボックス３５は、端細部３６を囲んでいる。留意すべきは、指紋の隆線の細部は、それらに関連した方向（配向とも呼ばれる）を備えているという点である。隆線端部における細部の方向は、隆線の端部が指す方向である。分岐細部の方向は、分岐隆線が指す方向である。

次に、図１０を参照すると、画像入力システムが指認識モードで動作している間に、認証及び身分証明のために指紋の細部を利用する典型的なプロセスが例示されている。指紋の完全な画像が得られると（ブロック８００）（図１１及び１２に関連して後述するように）、関連細部が抽出される（ブロック８１０）。抽出される細部の全てが信頼できるというわけではない。従って、信頼できない細部の一部は、オプションにより編集されるか、削除される。その後、例えば、Ｒａｔｈａ他、「Ａ Ｒｅａｌ−Ｔｉｍｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｌａｒｇｅ Ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ Ｄａｔａｂａｓｅ」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ、１９９６年、第１８巻、第８号、ｐ．７９９−８１３に記載の汎用ハフ変換に基づいて推定可能な、回転、平行移動、及び、スケーリング・パラメータを利用して、結果得られた信頼できる細部と以前に記憶されているテンプレート画像のアライメントがとられる（ブロック８２０）。

アライメントをとられた細部とテンプレート指紋特徴の細部を照合して、画像入力した指紋とテンプレート指紋とが一致するか否かの判定が行われる（ブロック８３０）。例えば、アライメントのとられた画像入力された指紋における各細部毎に、対応する整合性のある細部を求めて、テンプレート指紋に対する探索が行われる。所定の矩形近傍内におけるテンプレート指紋の対応する整合性のとれた特徴と一致する、アライメントのとられた画像入力された指紋内における細部の数は、数えることが可能であり、一致する細部数に基づいて、正規化一致評点が生成される。評点が高いほど、画像入力された指紋とテンプレート指紋が同じ指の走査結果である確率が高くなる。一致を判定するしきい値評点は、用途、完全な画像に関連した検知領域の全体サイズ、センサの解像度に基づいて設定することが可能である。照合プロセスの結果は、電子装置へのアクセス実施に利用するために出力可能である（ブロック８４０）。

上述のように、指紋の完全で連続した画像を得るため、画像入力センサから得られた一連の画像にはステッチがかけられる。例えば、図１１に示すように、時点Ｔにおいて、第１の画像４００（画像Ａ）が撮られる。時点Ｔ＋１において、画像Ａに含まれている、オーバラップする領域４１０を備えた第２の画像４００（画像Ｂ）が撮られる。時点Ｔ＋２において、画像Ｂに含まれている、オーバラップする領域４１０を備えた第３の画像（画像Ｃ）が撮られる。完全な画像を形成するため、各画像４００は、順次メモリに記憶され、オーバラップする領域４１０は、次の画像から上書きされる。

例えば、図１２は、一連の画像にステッチをかけて、１つの連続した指紋画像を形成するための典型的なプロセスが例示されている。スワイプ・インターフェースに押し付けられた指紋の一部が入力され（ブロック８５０）、バッファに記憶される（ブロック８５５）。その後続画像が入力されると（ブロック８６０）、最初の画像と後続画像とのオーバラップが確認される（ブロック８６５）。オーバラップ領域は、例えば、最初の画像と後続画像との間における移動方向及び量を表したナビゲーション情報から確認することが可能である。

最初の画像とオーバラップするその後続画像の一部は上書きされ、後続画像の残りの部分はバッファに記憶される（ブロック８７０）。画像は、バッファから、連続指紋画像を記憶するためのメモリ・アレイに順次出力することが可能である。このプロセスは、ユーザがスワイプ・インターフェースを横切って指を走らす間に撮られる各画像毎に繰り返される（ブロック８７５）。ステッチをかけられた最終的な指紋画像は、図１０に関連して上述のように、ユーザの身元確認のため、指紋照合アプリケーションに供給される（ブロック８８０）。

上述のように、用途に応じて、画像入力システムの他の動作モードも可能である。こうしたモードの１つがスタイラス・モードであり、スワイプ・インターフェースを横切るユーザのフィンガ・ストロークを利用して、画像入力システムの少なくとも一部を収容する電子装置において表示される文字が指示される。次に、図１３Ａ及び１３Ｂを参照すると、典型的なフィンガ・ストロークとそれに対応する表示文字が例示されている。

図１３Ａに示すように、第１の基準（時間基準Ａ）において、ユーザは、スワイプ・インターフェース１１０の幅を横切って、ｘ方向に指を走らせて、第１のフィンガ・ストローク９０ａを完了する。指を持ち上げずに、第２の時間基準（時間基準Ｂ）において、ユーザは、スワイプ・インターフェース１１０の全長に沿ってｙ方向に指を走らせ、第２のフィンガ・ストローク９０ｂを完了する。第１のフィンガ・ストローク９０ａ及び第２のフィンガ・ストローク９０ｂを組み合わせた結果として生じるナビゲーション情報は、画像入力システムによって解釈されて、英字「Ｌ」の文字５２０が形成され、図１３Ｂに示すように、英字「Ｌ」が画像入力システムを導入した携帯電話５００のディスプレイ５１０に表示される。

ただし、云うまでもないが、図１３Ａ及び１３Ｂにおけるフィンガ・ストローク９０ａ及び９０ｂ、及び、対応する英字は、例証だけを目的として示されたものであり、フィンガ・ストローク９０ａ及び９０ｂから生じるナビゲーション情報の特定の組み合わせは、スタイラス・アプリケーションによって決まる、任意のタイプの文字５２０と解釈することが可能である。さらに、云うまでもなく、任意の数の異なるフィンガ・ストローク９０ａ及び９０ｂを利用して、任意の電子装置５００の任意のタイプのディスプレイ５１０上に対応する文字５２０を表示することが可能である。さらに、云うまでもないが、画像入力システムは、文字５２０を表示する電子装置内に少なくとも部分的に収容することもできるし、あるいは、それに接続することも可能である。

次に図１４を参照すると、画像入力システムがスタイラス・モードで動作している間に、ナビゲーション情報を利用して、フィンガ・ストロークによって表わされる文字を判定するための典型的なプロセスが例示されている。ユーザの指をスワイプ・インターフェースを横切って走らせると（ブロック９００）、最初の時点において、基準フレームが画像入力システムによって入力され（ブロック９１０）、それに後続する時点において、後続の現在フレームが入力される（ブロック９２０）。基準フレーム及び現在フレームは、図７に関連して上述のように、相互相関されて、基準フレームと現在フレームとの間における指の移動方向及び量を表わしたナビゲーション情報が確認される（ブロック９３０）。画像入力システムによって一連のフレームが入力され（ブロック９４０）、計算されたナビゲーション情報の全てを用いて、特定文字を表わした、ユーザによって実施されるフィンガ・ストロークまたはフィンガ・ストロークの組み合わせが識別される。基準フレームは、ナビゲーション情報収集プロセスの間中同じままとすることもできるし、あるいは、新しい各現在フレーム毎に、または、現在フレームの位置に対して劣化すると、変化させることも可能である。ユーザが指を持ち上げて、スワイプ・インターフェースから離し、これがセンサの出力によって確認されると、特定文字を表わしたフィンガ・ストロークの終端であると判定される。

ナビゲーション情報を利用して、フィンガ・ストロークによって表わされる文字を識別する文字コードが判定されると（ブロック９５０）、その文字が、スワイプ・モジュールを組み込んだ電子装置に一体化されたディスプレイによってユーザに表示される（ブロック９６０）。例えば、ディスプレイは、携帯電話のＬＣＤのように、電子装置上に配置することが可能である。もう１つの例では、ディスプレイは、もう１つの例として、ディスプレイは、スワイプ・モジュールが組み込まれたマウスに接続された、パーソナル・コンピュータに接続されたスクリーン上に配置することも可能である。

図１５には、画像入力システム１０がそのモードにある間、ＬＥＤ１２０がメッセージ表示灯として用いられる、画像入力システムのもう１つの動作モードである、明滅モードが示されている。例えば、画像入力システムが、音声メール・メッセージ、ｅメール・メッセージ、ショート・メッセージ・サービス（ＳＭＳ）・メッセージ、または、他のタイプのメッセージといった、メッセージの受信が可能な電子装置に少なくとも部分的に導入されている場合、画像入力システム１０のスワイプ・モジュール（図１に示す）内に含まれるＬＥＤ１２０が、繰り返し間隔をおいて発光し、ユーザにメッセージを受信したことを知らせることが可能である。

図１５に示すように、パーソナル・コンピュータ、ラップトップ・コンピュータ、携帯電話、または、ＰＤＡのような電子装置内に含まれるメッセージ・インジケータ論理回路２４０は、メッセージ受信の通告２４５を受信すると、ＬＥＤ１２０に接続されたオン／オフ・スイッチ２３０に命じて、ＬＥＤ１２０から明滅光が発せられるように、ＬＥＤ１２０を順次オン／オフさせる。オン／オフ状態は、異なるＬＥＤ発光強度とすることもできるし、あるいは、オフ状態をＬＥＤ１２０が発光しない時間期間とすることも可能である。明滅モードにある間、画像センサによって入力されるデータはない。ユーザが、画像データを必要とする別の動作モードにスイッチすると、明滅モードは、指の十分な照射を確保するために中断される。

図１６Ａ及び１６Ｂには、スワイプ・モジュール１００に関するパッケージ設計の例が２つ示されている。スワイプ・モジュール１００は、簡略化のため、矩形のハウジング５５０内に組み込まれたものとして示されている。しかし、云うまでもなく、他の形状及び設計も可能である。さらに、ハウジング５５０の上面５６０は、スイッチ・モジュール１００を導入した電子装置の表面の一部を形成することが可能である。スワイプ・インターフェース１１０は、ハウジング５５０の上面５６０から上方に突き出して、ユーザが位置を確認したり、探ったりしやすいスワイプ表面を形成している。さらに、スワイプ・インターフェース１１０は、スワイプ・インターフェース１１０と接触する指領域を拡大するため、凸状の表面１１５も備えている。

図１６Ｂには、さらに、ハウジング５５０の上面５６０にある、スワイプ・インターフェースを横切る指を導いて、回転しないように走らせる機械的設計を施されたグルーブ５６５が例示されている。フィンガ・ナビゲーション及び指認識中に指の回転を減少させると、処理の複雑性が低下し、回転運動及び他の曲線運動を検出するための追加ナビゲーション・センサが不要になる可能性がある。

本出願において明らかにされる新規の概念は、多種多様な用途において修正及び変更を加えることが可能である。従って、特許対象の範囲は、論考された特定の典型的な教示のいずれかに限定されるべきではなく、代わりに、付属の請求項によって定義されている。

なお、本発明は例として次の態様を含む。（ ）内の数字は添付図面の参照符号に対応する。
［１］ 一方のモードがフィンガ・ナビゲーション・モードで、もう一方のモードが指認識モードである、少なくとも２つの異なる動作モードの１つで指紋を画像入力するための装置であって、
表面（１１５）に人間の指（２０）の先端部分が押し当てられる、少なくとも１つの方向の寸法において前記人間の指（２０）の先端よりも小さい、細長いセンシングエリアを備えたスワイプ・インターフェース（１１０）と、
前記スワイプ・インターフェース（１１０）の前記表面（１１５）に押し当てられた前記人間の指（２０）の先端部分を照射する光（１２５）を放出する光源（１２０）と、
前記人間の指（２０）の先端部分で反射した光（１２８）をその画像として入力し、前記スワイプ・インターフェース（１１５）を横切る前記人間の指（２０）の動きから生じる一連の画像を表わした画像データ（５０）を生成し、少なくとも２つの異なる動作モードのうち、選択されたモードによる処理のための前記画像データ（５０）を出力する光画像センサ（１４０）と、
を備えることを特徴とする、装置。
［２］ 前記光源（１２０）がオン状態とオフ状態を備えており、オン状態とオフ状態との間で順次式に動作して、受信メッセージを通知することが可能であることを特徴とする、上記［１］に記載の装置。
［３］ さらに、前記光源（１２０）及び前記センサ（１４０）を密閉するハウジング（５５０）が備えられることと、前記ハウジング（５５０）が外部表面（５６０）を備えることと、前記スワイプ・インターフェース（１１０）が前記ハウジング（５５０）の前記外部表面（５６０）を貫いて、その上方に突き出していることと、前記ハウジング（５５０）が、さらに、前記スワイプ・インターフェース（１１０）を横切る前記人間の指（２０）を導いて、非回転動作させるように構成されたグルーブ（５６５）を備えることを特徴とする、上記［１］に記載の装置。
［４］ 細長いセンシングエリアを横切る人間の指（２０）の先端部分の動きから生じる一連の画像を表わした画像データ（５０）を受信するように接続されており、さらに、少なくともフィンガ・ナビゲーション・モードと指認識モードを含む、少なくとも２つの異なる動作モードのうちから選択されたモードで前記画像データ（５０）の処理を行うためのプロセッサ（２１０）と、
前記プロセッサ（２１０）に接続されて、前記選択モードの選択を行うためのモード・スイッチ（２２０）と、
を備えることを特徴とする、少なくとも２つの異なるモードで動作する画像入力システム。
［５］ 前記プロセッサ（２１０）が、さらに、前記選択モードがフィンガ・ナビゲーション・モードの場合、前記一連の画像を表わした前記画像データ（５０）を相関させて、前記一連の画像の順次画像間における前記人間の指（２０）が動く量及び方向を表わしたナビゲーション情報（３７５）を確定し、前記ナビゲーション情報（３７５）を出力して、前記ナビゲーション情報（３７５）を用いた、電子装置のディスプレイ上におけるカーソル位置の制御を行うことを特徴とする、上記［４］に記載の画像入力システム。
［６］ 前記プロセッサ（２１０）が、さらに、前記選択モードが指認識モードである場合、前記一連の画像を表わした前記画像データ（５０）にステッチをかけて（合成して）、人間の指（２０）の指紋（２５）の１つの連続した画像を形成することと、前記指紋（２５）が、指紋照合に十分な数の微小テクスチャ特徴（３１）を備えることを特徴とする、上記［４］に記載の画像入力システム。
［７］ 前記プロセッサ（２１０）が、さらに、前記選択モードがスタイラス・モードの場合、前記一連の画像を表わした前記画像データ（５０）を相関させて、前記一連の画像の順次画像間における前記人間の指（２０）が動く量及び方向を表わしたナビゲーション情報（３７５）を確定し、前記ナビゲーション情報（３７５）を用いて、前記センシングエリアを横切る前記人間の指（２０）の動きに関連した１つ以上のフィンガ・ストローク（９０）を決定することと、前記プロセッサ（２１０）が、さらに、前記１つ以上のフィンガ・ストローク（９０）に関連した文字（５２０）を決定することを特徴とする、上記［４］に記載の画像入力システム。
［８］ さらに、前記プロセッサ（２１０）に接続されて、前記センシングエリアを順次照射し、メッセージ待機状況を表わした明滅光を発生するためのスイッチ（２３０）が備えられることを特徴とする、上記［４］に記載の画像入力システム。
［９］ 少なくとも２つの異なるモードで画像入力システムを動作させるための方法であって、
その表面（１１５）に、少なくとも１次元において前記人間の指（２０）の先端よりも小さい細長いセンシングエリアを備えた、スワイプ・インターフェース（１１０）を横切る人間の指（２０）の先端部分の動きから生じる一連の画像を表わした画像データ（５０）を受信するステップ（６１０）と、
少なくともフィンガ・ナビゲーション・モードと指認識モードを含む、前記画像データ（５０）を処理するための前記少なくとも２つの異なるモードの一方を選択するステップ（６００）と、
前記一連の画像を表わした前記画像データ（５０）を相関させて（６２０）、前記一連の画像の順次画像間における前記人間の指（２０）が動く量及び方向を表わしたナビゲーション情報（３７５）を確認するステップと、
前記ナビゲーション情報（３７５）を用いて、前記選択モードで前記画像データ（５０）の処理を行うステップ（６４０または６５０）とを有することを特徴とする、
方法。
［１０］ 前記相関ステップが、さらに、
前記人間の指（２０）の先端に存在する微小テクスチャ特徴（３１）を用いて、前記一連の画像を表わした前記画像データ（５０）を相関させるステップを有することを特徴とする、上記［９］に記載の方法。

少なくとも２つの異なるモードで動作して、フィンガ・ナビゲーションと指認識の両方を行えるようにすることが可能な、スワイプ・モジュール及び画像処理システムを備える画像入力システムを例示したブロック図である。 本発明の実施態様の１つによるスワイプ・モジュールの主要コンポーネントに関する絵画的表現による拡大略側面図である。 本発明のもう１つの実施態様によるスワイプ・モジュールの主要コンポーネントに関する拡大断面図である。 本発明のもう１つの実施態様によるスワイプ・モジュールの主要コンポーネントに関する拡大断面図である。 本発明の画像センサの典型的なピクセル・アレイを例示した図である。 本発明の画像入力システムの典型的なハードウェア及び処理コンポーネントを例示したブロック図である。 複数モードで動作するための典型的なプロセスを例示したフローチャートである。 フィンガ・ナビゲーション・モードで動作するための典型的なプロセスを例示したフローチャートである。 図７の選択されたステップに関する概略図である。 典型的な指紋の一部を例示した図である。 指認識モードで動作するための典型的なプロセスを例示したフローチャートである。 オーバラップした一連の画像を例示した図である。 一連の画像にステッチをかけて、１つの連続した指紋画像を形成するための典型的なプロセスを例示したフローチャートである。 スタイラス・モードにおいてスワイプ・モジュール上で行われるフィンガ・ストロークの絵画的表現による図である。 図１３Ａにおいて行われたフィンガ・ストロークに対応した英字を表示するディスプレイを備えた携帯電話の正面図である。 スタイラス・モードで動作するための典型的なプロセスを例示したフローチャートである。 明滅モードで動作する画像入力システムを例示したブロック図である。 スワイプ・モジュール・パッケージの透視図である。 スワイプ・モジュール・パッケージの別例の透視図である。

符号の説明

１０ 画像入力システム
２０ 指
１００ スワイプ・モジュール
１１０ スワイプ・インターフェース
１１５ スワイプ・インターフェースの表面（上面）
１２０ 光源
１４０ 光画像センサ
２１０ プロセッサ
２３０ スイッチ
２４０ メッセージ・インジケータ論理回路
５５０ スワイプ・ハウジング
５６０ ハウジングの外部表面（上面）
５６５ グルーブ

Claims (1)

1. 一方のモードがフィンガ・ナビゲーション・モードで、もう一方のモードが指認識モードである、少なくとも２つの異なる動作モードの１つで指紋を画像入力するための装置であって、
   表面（１１５）に人間の指（２０）の先端部分が押し当てられる、少なくとも１つの方向の寸法において前記人間の指（２０）の先端よりも小さい、細長いセンシングエリアを備えたスワイプ・インターフェース（１１０）と、
   前記スワイプ・インターフェース（１１０）の前記表面（１１５）に押し当てられた前記人間の指（２０）の先端部分を照射する光（１２５）を放出する光源（１２０）と、
   前記人間の指（２０）の先端部分で反射した光（１２８）をその画像として入力し、前記スワイプ・インターフェース（１１５）を横切る前記人間の指（２０）の動きから生じる一連の画像を表わした画像データ（５０）を生成し、少なくとも２つの異なる動作モードのうち、選択されたモードによる処理のための前記画像データ（５０）を出力する光画像センサ（１４０）と、
   を備えることを特徴とする、装置。

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