JP2004348726A - スウィープ式指紋センサモジュール及びその検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 スウィープ式指紋センサモジュール及びその検出方法の提供。
【解決手段】 マイクロプロセッサとスウィープ式指紋センサを具え、該スウィープ式指紋センサは基板、及び該基板上に位置するセンサ素子アレイ、速度検出ユニット及び処理回路を具え、該センサ素子アレイは複数の指紋センサ素子で構成され、指紋センサ素子は手指の指紋を検出してサンプリング時間間隔を置いて連続して該手指の複数の指紋フラグメント画像をキャプチャする。速度検出ユニットは第１と第２電極板で構成される。処理回路はセンサ素子アレイと速度検出ユニットからの信号を処理並びに出力する。マイクロプロセッサは処理回路に接続されてこれら電極板と手指の接触の時間差により手指のスウィープ速度を求め、その後、サンプル時間間隔を決定し、並びにこれらセツメント指紋画像を再構築して完全な指紋画像を形成する。
【選択図】 図５

Description

本発明はスウィープ式指紋センサモジュール及びその検出方法に係り、特に、手指のスウィープ時に発生するぐらつきを防止でき並びに速度検出ユニットを具えたスウィープ式指紋センサモジュール及びその検出方法に関する。

周知の指紋読み取り方法は、インキを付着させた手指を紙に押しつけて、さらに光学走査器により該紙を走査して指紋をコンピュータに入力し、その後、データベース中の指紋イメージと対比する、というものである。このような方法の最大の欠点はリアルタイム処理の目的を達成できないことである。このためネットワーク認証、電子商取引、携帯式電子製品の秘密保護、ＩＣカードＩＤ認証、保全システム等、ますます多くなるリアルタイム認証の要求を満足させられない。

リアルタイムの指紋読み取り方法は生物認識市場中の鍵を握る技術である。伝統的に、光学式指紋センサを使用したリアルタイム指紋読み取りが行なわれているが、それは体積が膨大となる欠点を有している。このため上述の光学式センサの欠点を克服したシリコン半導体を利用したチップ式指紋センサが生れるに至った。

手指のサイズに制限されるため、周知のチップ式指紋センサの検出面積は少なくとも９ｍｍ×９ｍｍより大きく設けられる。さらに、シリコン集積回路製造の制限により、一つの６インチウエハーで５０から７０個の有効チップしか生産できず、更にパッケージ試験コストが加わるため、単一の指紋センサの販売価格は少なくとも１０米ドル以上となる。このため各種の消費性電子製品、例えばノートブック型コンピュータ、携帯電話、ＰＤＡ、コンピュータ周辺製品さらには指紋センサを整合させた個人身分識別カードへの応用が制限される。

ゆえに、伝統的な二次元チップ式指紋センサの一次元面積を縮小することで、有効チップの生産数量を増し並びにチップの単価を下げることができる。その原理は、手指のチップ表面の移動過程で、手指の走査を完成し、さらに毎回キャプチャするフラグメントの指紋画像を直列に接続して一枚の完全な指紋画像とする、というものである。

特許文献１には集電（熱）或いは圧電材料（圧力）で形成したスウィープ式指紋センサ及び多重画像直列接続の方法が記載されている。その欠点は、手指移動の速度を判断できず、このため相当多くの数量のフラグメント指紋画像をキャプチャし、更に完全な指紋画像に再構築しなければならないことである。これは性能が強大なマイクロプロセッサ、大量のメモリを必要とし、且つ再構築エラーを形成しやすい。

周知のスウィープ式指紋センサは、Ｙ軸方向（手指移動方向と定義される）のセンサ素子数を減らすことでセンサの面積を減らしてＹ軸方向のサイズを０．８から１．６ｍｍの間とすることができるが、そのキャプチャするフラグメント画像の数は相当に多くなる。

図１は手指がスウィープ式指紋センサを移動する状態を示す。図１に示されるように、手指１２０はＹ軸方向に沿って速度Ｖでスウィープ式指紋センサ１１０を通過し、スウィープ式指紋センサ１１０がこれにより複数のフラグメント指紋画像を獲得する。

図２は図１の指紋センサがキャプチャしたフラグメント指紋画像の再構築表示図である。図２に示されるように、キャプチャされたフラグメント指紋画像II（１）からII（Ｎ）は手指１２０の一枚の完全な指紋画像に再構築される。伝統的なスウィープ式指紋センサはＹ軸方向のセンサ素子数が少な過ぎるため、数十から数百の画像II（１）からII（Ｎ）をキャプチャを取り込まねばならない。周知のスウィープ式指紋センサは設計時に、センサの面積を縮小する（Ｙ軸方向のセンサ素子を減らす）ことによりセンサアレイのＹ軸サイズを０．８から１．６ｍｍの間とすることのみ留意されている。さらに、伝統的な指紋センサは手指の移動速度は検出せず、更に安全因子を考慮するため、各画像間のオーバラップ領域ＡＡ（１）からＡＡ（Ｎ−１）の面積が大き過ぎ且つ不定値であり、このために更に画像再構築に必要な枚数と困難度が増す。

以上の欠点を総合すると、伝統的なスウィープ式指紋センサモジュールは、再構築した画像を利用して特徴点キャプチャを行なって後続の識別に供しにくい。このため、既に周波数スペクトルを利用した方法があり、それは、キャプチャしたグレーレベル画像を直接周波数分布に変換する、というもので、その長所は大量の画像接続動作を必要としないことである。しかし、周波数スペクトル認識方法は手指の乾湿及びチップ表面の残留汚れの影響を受けやすいためエラー率が高くなる。

このほか、手指がスウィープ式指紋センサを通過する時に、左右のぐらつきを発生して、指紋センサの検出するフラグメント指紋画像が後続の画像再構築過程中に相当大きな困難を発生して演算の複雑度を増しうる。更に手指のセンサ通過速度は人、時により異なり、伝統的に設計士は仮定するか或いは一般の使用者にその手指移動速度がある設定範囲内になるよう練習させることで、各フラグメント指紋画像のキャプチャ時間と間隔を決定している。もしある使用者の手指移動速度が設計範囲外にあれば、指紋の検出が行なえず、これは使用者にとって煩わしさを増し、使用の意欲を減らす。

このため再構築に必要な画像枚数を減らせるスウィープ式指紋センサが求められている。

なお、以下に説明する本発明のスウィープ式指紋センサに使用する指紋センサ素子に関しては、本件出願人による特許文献２〜３に静電容量式、圧力式及び温度差式のものが記載されている。

米国特許第６，２８９，１１４号明細書 台湾特許出願第０９１１０６８０６号明細書 台湾特許出願第０９１１１０４４３号明細書 台湾特許出願第０９０１１３７５５号明細書

本発明の目的は、手指移動速度を検出でき、並びにこれによりフラグメント指紋画像オーバラップ領域を最小値に制御し、これにより再構築する画像枚数を減らすスウィープ式指紋センサモジュールを提供することにある。

本発明の別の目的は、移動慣性装置を提供し、手指移動の方向を効果的に案内し、手指移動時に発生する方向改変及び振動の状況の発生を防止できるようにすることにある。

本発明の別の目的は、手指接触時に電源起動するスイッチ機能を具えたスウィープ式指紋センサモジュールを提供することにある。

以上の目的を達成するため、本発明は一種のスウィープ式指紋センサモジュールを提供する。それは、マイクロプロセッサとスウィープ式指紋センサを具え、該スウィープ式指紋センサは基板、及び該基板上に位置するセンサ素子アレイ、速度検出ユニット及び処理回路を具え、該センサ素子アレイは複数の指紋センサ素子で構成され、指紋センサ素子は手指の指紋を検出してサンプリング時間間隔を置いて連続して該手指の複数の指紋フラグメント画像をキャプチャする。速度検出ユニットは第１と第２電極板で構成される。処理回路はセンサ素子アレイと速度検出ユニットからの信号を処理並びに出力する。マイクロプロセッサは処理回路に接続されてこれら電極板と手指の接触の時間差により手指のスウィープ速度を求め、その後、サンプル時間間隔を決定し、並びにこれらセツメント指紋画像を再構築して完全な指紋画像を形成する。

上述の目的を達成するため、本発明はまた一種のスウィープ式指紋センサモジュールの検出方法を提供する。それは、手指の移動速度を検出するステップ、該移動速度によりサンプリング時間間隔を決定するステップ、サンプリング時間間隔を以て連続して手指の複数のフラグメント指紋画像がキャプチャし、これによりフラグメント指紋画像に対応する複数のフラグメント指紋信号を出力するステップ、複数のフラグメント指紋信号を処理し完成指紋画像を再構築するステップ、以上のステップを具えている。

手指の移動速度を検出することにより、有効にキャプチャするフラグメント指紋画像の枚数を減らすことができ、再構築の過程を簡易化でき、コストを減らすことができる。

請求項１の発明は、スウィープ式指紋センサモジュールにおいて、該スウィープ式指紋センサモジュールは マイクロプロセッサと該マイクロプロセッサに接続されたスウィープ式指紋センサを具え、該スウィープ式指紋センサは、基板、センサ素子アレイ、速度検出ユニット、及び処理回路を具え、
該センサ素子アレイは該基板上に位置し、並びに複数の指紋センサ素子が二次元アレイ方式で配列されて構成され、該センサ素子アレイがその上を通過する手指の指紋を検出してサンプリング時間間隔を以て連続して該手指の複数のフラグメント指紋画像をキャプチャし、これによりこれらフラグメント指紋画像に対応する複数のフラグメント指紋信号を出力し、
該速度検出ユニットは、該基板上に位置し、並びに第１電極板と第２電極板で構成され、該第１電極板と第２電極板が相互に平行で所定距離離間し、該第１電極板が該手指との接触時に第１時間信号を出力し、該第２電極板が該手指との接触時に第２時間信号を出力し、
該処理回路は、該センサ素子アレイ及び該速度検出ユニットと電気的に接続されて該複数のフラグメント指紋信号、該第１時間信号、該第２時間信号を受け取り、処理し、並びに出力し、そのうち、該マイクロプロセッサが該第１時間信号、該第２時間信号、及び該所定距離により該手指の移動速度を求め、並びに該移動速度により該サンプリング時間間隔を決定し、更に該複数のフラグメント指紋信号を処理し並びに一つの完全な指紋画像に再構築することを特徴とする、スウィープ式指紋センサモジュールとしている。
請求項２の発明は、請求項１記載のスウィープ式指紋センサモジュールにおいて、センサ素子アレイの前記手指の移動の方向に沿ったサイズが２．５〜３．５ｍｍとされたことを特徴とする，スウィープ式指紋センサモジュールとしている。
請求項３の発明は、請求項１記載のスウィープ式指紋センサモジュールにおいて、スウィープ式指紋センサが抵抗センサを具え、該抵抗センサは前記基板上に位置して該手指の抵抗値を検出し，該手指の真偽の識別を助けることを特徴とする、スウィープ式指紋センサモジュールとしている。
請求項４の発明は、請求項１記載のスウィープ式指紋センサモジュールにおいて、スウィープ式指紋センサが抵抗センサが更に、加熱抵抗と温度センサを具え、該温度センサは前記手指の皮膚の温度変化を検出し、該加熱抵抗が電流或いは電圧の提供を受けてその温度が該手指の温度より高くなる時、該加熱抵抗及び温度センサに接触する手指の皮膚により熱が奪われることを利用し、該温度センサのピーク値温度発生の時間を計算することで、皮膚の熱伝導性を推算して生体検出の根拠となすことを特徴とする、スウィープ式指紋センサモジュールとしている。
請求項５の発明は、スウィープ式指紋センサモジュールの検出方法において、
手指の移動速度を検出するステップと、
該移動速度によりサンプリング時間間隔を決定するステップと、
該サンプリング時間間隔を以て手指の複数のフラグメント指紋画像を連続してキャプチャし、これらフラグメント指紋画像に対応する複数のフラグメント指紋信号を出力するステップと、
該複数のフラグメント指紋信号を処理し一つの完全な指紋画像に再構築するステップと、
を具えたことを特徴とする、スウィープ式指紋センサモジュールの検出方法としている。
請求項６の発明は、請求項５記載のスウィープ式指紋センサモジュールの検出方法において、手指の移動速度を検出するステップが、
手指が第１電極板に接触する時に、第１時間信号を出力するステップと、
手指が第１電極板から所定距離隔たった第２電極板に接触する時に、第２時間信号を出力するステップと、
該所定距離で第１と第２時間信号の差を割って該移動速度を獲得するステップと、
を具えたことを特徴とする、スウィープ式指紋センサモジュールの検出方法としている。
請求項７の発明は、スウィープ式指紋センサモジュールにおいて、該スウィープ式指紋センサモジュールはスウィープ式指紋センサと輸送案内機構を具え、
該スウィープ式指紋センサは、移動方向に沿って該スウィープ式指紋センサの検出面上を通過する手指の複数のフラグメント指紋画像を検出し、
該輸送案内機構は、該スウィープ式指紋センサの傍らに取り付けられると共に該移動方向に相当する案内方向に駆動されて、該手指に安定して該検出面を通過させることを特徴とする、スウィープ式指紋センサモジュールとしている。
請求項８の発明は、請求項７記載のスウィープ式指紋センサモジュールにおいて、検出面は方形とされ、且つ輸送案内機構の案内方向はスウィープ式指紋センサの方形検出面の長辺に垂直とされたことを特徴とする、スウィープ式指紋センサモジュールとしている。
請求項９の発明は、請求項７記載のスウィープ式指紋センサモジュールにおいて、速度／移動センサを更に具え、該速度／移動センサは輸送案内機構の回転速度或いは移動を検出し並びに回転速度或いは移動信号を外部プロセッサに出力し、外部プロセッサがこの回転速度或いは移動信号によりキャプチャするフラグメント指紋画像の最小数を決定することを特徴とする、スウィープ式指紋センサモジュールとしている。
請求項１０の発明は、請求項９記載のスウィープ式指紋センサモジュールにおいて、輸送案内機構がローラを具え、且つ速度／移動センサが発射器と受信器を具え、
該発射器は発射信号を発射し、
該受信器は該ローラの複数の開口を通過した該発射信号を順に受信するか或いはローラが反射した該発射信号を受信して複数のパルスを発生して該回転速度或いは移動信号となすことを特徴とする、スウィープ式指紋センサモジュールとしている。

本発明は、有効に手指移動時に発生するぐらつきを防止でき、また指紋センサが提供するスイッチ機能により電源をオンでき、更に手指の移動速度或いは移動距離を検出して手指の複数のフラグメント指紋画像の根拠となすことができる。

図３は手指が本発明のスウィープ式指紋センサモジュールを通過する表示図である。図４は図３のスウィープ式指紋センサのキャプチャするフラグメント指紋画像の再構築表示図である。図３、４に示されるように、手指９が速度Ｖでスウィープ式指紋センサ１０を通過する時、スウィープ式指紋センサ１０は手指９の速度Ｖを検出し、並びに該速度Ｖにより複数のフラグメント指紋画像Ｉ（１）からＩ（Ｎ）をキャプチャする。そのうちＮは１より大きい正の整数である。隣り合う２枚のフラグメント指紋画像のオーバラップ領域はＡ（１）からＡ（Ｎ−１）とされ、ほぼ一定値とされ、これらフラグメント指紋画像の再構築に有利とされる。

上述のセンサは応用装置のプラットフォーム上に埋め込まれる。手指９が該プラットフォーム上に置かれ矢印方向に移動する時、センサ１０は連続してフラグメント指紋画像を取得し、その最後に一枚の完全な指紋画像に再構築する。手指移動は等速運動と見なすことができるか、或いは一定距離内で等速運動と見なすことができるため、速度Ｖを検出できれば、画像キャプチャ時間間隔の調整に非常に有利であり、最少の画像枚数により再構築を行なえる。これにより性能が強大なマイクロプロセッサ及び大量のメモリの使用が不要となり、大幅に認識エラーの確率を減らすことができ、センサ及び認識システムのコストを下げることができ、並びにこのセンサの応用を広く推奨できるようになる。

図５は本発明の第１実施例のスウィープ式指紋センサモジュールの平面図である。図６は図５の線Ｌ６−Ｌ６に沿った断面図である。図７は本発明の第１実施例のスウィープ式指紋センサモジュールの運転時の側面図である。注意すべきことは図７の手指とセンサの大きさは実際の比例により描かれてはいないことである。図５から７に示されるように、本発明のスウィープ式指紋センサモジュールはマイクロプロセッサ１１及び該マイクロプロセッサ１１に電気的に接続されたスウィープ式指紋センサ１０を具えている、この技術に習熟する者であれば分かるように、上述の指紋センサモジュールはスウィープ式指紋センサ１０とマイクロプロセッサ１１を具えたシングルチップの設計とされ得て、該マイクロプロセッサは更にＲＡＭ及びＲＯＭをプログラム保存及び処理用に具えている。スウィープ式指紋センサ１０は基板１、センサ素子アレイ２、速度検出ユニット３、処理回路４、抵抗センサ５及び複数のボンディングパッド６を具えている。該ボンディングパッド６は電気的にマイクロプロセッサ１１に接続される。該センサ素子アレイ２は基板１の上に位置し、並びに複数の指紋センサ素子２１（説明を簡易化するため、一つのセンサ素子のみ描かれている）が二次元アレイの方式で配列されてなる。指紋センサ素子２１は静電容量式、圧力式或いは温度差式センサ素子とされる。本件出願人によるこれらの指紋センサ素子に係る発明が前記特許文献２〜３に記載されている。

手指９のサイズに合わせて、センサ素子アレイ２のＸ軸方向（横方向）サイズは少なくとも８ｍｍとし、Ｙ軸方向（縦方向）は単一センサ素子のサイズのみとすることができる。しかし一部のオーバラップ面積を提供し接続画像の枚数を減らすために、好ましいサイズは２．５から３．５ｍｍの間とし、これについては後に説明する。センサ素子アレイ２からの複数の検出信号は処理回路４に処理され並びに入出力ボンディングパッド６を通して外界とコミュニケートする。処理回路４は基本的にロジック制御回路、変調ゲイン増幅器及びアナログデジタル変換器を具え、その関係構造については、上述の本発明者による特許文献２及び３に記載されている。

該センサ素子アレイ２がその上を通過する手指９（図３参照）の指紋を検出してサンプリング時間間隔を以て連続して該手指の複数のフラグメント指紋画像をキャプチャし、これらフラグメント指紋画像に対応する複数のフラグメント指紋信号を出力する。

周知の技術の欠点を解決するため、本発明は速度検出ユニット３がスウィープ式指紋センサ中に整合されている。速度検出ユニット３はまた該基板１上に位置し、並びに第１電極板３１と第２電極板３２で構成されている。第１及び第２電極板３１と３２は実質上、相互に平行で所定の距離Ｄ１離間している。これら電極板はセンサ素子アレイ２の両側（上側と下側）に位置し、且つほぼセンサ素子アレイ２のＸ軸方向と等しい長さを有する。該第１電極板３１は手指９接触時に第１時間信号を出力し、該第２電極板３２は手指９接触時に第２時間信号を出力する。

更に詳しく説明すると、手指９がＹ軸方向に沿って移動する時、手指９はまず該第１電極板３１の上方を通過してトリガキャパシタンス（関係回路と原理については前述の特許文献２を参照されたい）を形成し、トリガパルスを形成する。このトリガパルスが指紋センサの電源をオンする（これによりセンサ不使用時のパワー消耗を減少できる）。続いて、手指９がセンサ素子アレイ２の表面を通過して第２電極板３２の上方に到達すると、同様にトリガパルスを発生する。第１と第２電極板３１と３２の距離Ｄ１は既知であり、更にこの二つのトリガパルスの時間差を計算することにより、手指９の移動速度Ｖを得られる。本実施例では、移動速度Ｖはマイクロプロセッサ１１により求められる。

マイクロプロセッサ１１が手指９の移動速度を求めた後、各一枚のフラグメント指紋画像を受信するサンプリング時間間隔を判断し、その後、フラグメント指紋画像を受信並びに処理する。こうして、多くの枚数のフラグメント指紋画像を保存する必要をなくし、また、速度が非常に速いマイクロプロセッサを使用する必要をなくしてコストを下げることができる。

これにより、本発明者は指紋センサの特性及びコストの両面を考慮し、センサ素子アレイ２のＹ軸方向の最適化サイズを２．５から３．５ｍｍの間に定めている。本実施例中、Ｘ軸方向のサイズＷは１０ｍｍとされ、Ｙ軸方向のサイズＬは３．２ｍｍとされている（５００ＤＰＩ規格に換算して２００×６４ピクセル）。これはすなわち二枚のフラグメント指紋画像を接続する時に、Ｙ軸方向に約２００から８００μｍのオーバラップ長さを有することを判断基準としなければならないためであり、オーバラップ領域は図４に示されるＡ（１）からＡ（Ｎ−１）領域である。もし周知の技術のようにセンサ素子アレイのＹ軸方向の長さがわずかに０．８から１．６ｍｍであると、大部分の面積が画像接続オーバラップ領域に浪費されてしまい、そのために一枚の完全な画像を得るために大量の画像が必要となる。本発明は手指移動速度の検出を組み合わせることで、センサ素子アレイ２の最適化したＹ軸サイズを２．５ｍｍから３．５ｍｍの間に定め、その合併により形成される画像は図４に示されるごとしである。オーバラップ以外の、不オーバラップ領域の画像のＹ軸方向の長さは１．５から２．５ｍｍを保持する。これにより、大幅に必要なフラグメント指紋画像の枚数を減らすことができ、並びに通用し且つ安定した特徴点対比の方式で再構築を行える。

該処理回路４はセンサ素子アレイ２及び速度検出ユニット３と速度検出ユニット３と電気的に接続され、複数のフラグメント指紋信号、第１時間信号、第２時間信号の受信、処理を行い、並びにボンディングパッド６により処理後の信号が該マイクロプロセッサ１１に出力される。該マイクロプロセッサ１１は該第１時間信号、該第２時間信号、及び該所定距離Ｄ１により手指９の移動速度Ｖを求め、並びに該移動速度Ｖによりサンプリング時間間隔を決定し、さらに該複数のフラグメント指紋信号を処理し並びに一つの完全な指紋画像に再構築する。

本発明の実施例中、生体検出技術が提供され、それによると抵抗センサ５を該基板１上に設置して該手指９の抵抗値を検出し、該手指９の真偽を識別するのを助ける。抵抗センサ５は一対の露出した金属長條電極５１、５２を具え、手指９が二つの金属長條電極５１、５２の上方に置かれる時に、手指９の皮膚の抵抗値Ｒを検出してマイクロプロセッサ中に記録する。手指と切り落とされた手指の抵抗値が異なるので、マイクロプロセッサ１１の処理により手指の真偽が識別される。抵抗センサのほか、生体検出技術の別の実施例では手指皮膚の熱伝導特性により真の手であるか否かを決定する。その鑑別原理は、正常な手指皮膚には十分な水分が含有され、良好な熱伝導特性を具え、偽手指は通常シリコン材料或いはその他の軟性高分子材料で形成されるため、熱伝導特性は相当に低いことにある。抑えられた或いは切り落とされた手指の場合も、大量の失血により熱伝導値が下がる。実施の方法は、チップ上に手指皮膚温度変化を検出する温度センサと加熱抵抗を設置し、指が指紋チップに接触し並びに電源トリガスイッチをオンした後、電流或いは電圧を該加熱抵抗に提供してその温度を手指の温度より高くし、例えば摂氏５０〜６０度とし、即ち該加熱抵抗及び温度センサに接触した皮膚の温度を奪い去り、該温度センサのピーク温度が発生する時間を計算して皮膚の熱伝導特性を推算して生体検出の根拠となす、というものであり、且つこの皮膚の熱伝導特性は環境温度の変化により改変しにくく、それは安定した物理量であり、相当に生体検出の方法として適し、人体温度検出を利用する方法が外界環境の干渉を受けて判断標準を失いやすいのとは異なる。さらに厳密な生体検出方式では、上述の方法を結合して複合式判断を行う。

図８は本発明のスウィープ式指紋センサモジュールの検出方法のフローチャートである。図示されるように、この検出方法は以下のステップを具えている。
ステップＳ１０： 手指９の移動速度Ｖを検出する：まず、手指９が第１電極板３１に接触するとき、第１時間信号を出力し、続いて手指９が第１電極板３１から所定距離Ｄ１離れた第２電極板３２に接触する時、第２時間信号を出力し、その後、該所定距離Ｄ１を第１と第２時間信号の差で割り、該移動速度Ｖを獲得する。
ステップＳ２０： 該移動速度Ｖによりサンプリング時間間隔を決定する：まず、各フラグメント指紋画像の手指移動方向に沿った画像長さ（センサ素子アレイのＹ軸長さ）より隣り合う二つのフラグメント指紋画像のオーバラップ長さ（指紋の画像処理ソフトにより決定される）を減じ、有効長さを獲得し、その後、該有効長さを該移動速度で割って該サンプリング時間間隔を獲得する。
ステップＳ３０： 該サンプリング時間間隔を以て手指９の複数のフラグメント指紋画像を連続してキャプチャし、これらフラグメント指紋画像に対応する複数のフラグメント指紋信号を出力する。
ステップＳ４０： 複数のフラグメント指紋信号を処理して一つの完全な指紋画像に再構築する。
ステップＳ５０： 該手指の抵抗を検出し、該手指の真偽を識別する。

こうして、本発明は手指の移動速度を検出することによりフラグメント指紋画像のサンプリング時間間隔を決定し、これにより有効にフラグメント指紋画像の枚数を減らし、画像再構築過程を簡易化し、センサのコストを減らすことができる。

図９は本発明の第２実施例のスウィープ式指紋センサモジュールの平面図であり、図１０は図９の線１０−１０に沿った断面図である。図９及び１０に示されるように、本実施例のスウィープ式指紋センサモジュール２０１はスウィープ式指紋センサ２１０、輸送案内機構２２０、面板２４０、二つの微動スイッチ２５０、二つの速度／移動センサ２６０、二つの駆動機構２７０を具えている。スウィープ式指紋センサ２１０は移動方向Ａに沿ってその上を通過する手指Ｆの複数のフラグメント指紋画像を検出するのに用いられる方形検出面２１１を具えている。これらのフラグメント指紋画像は外部プロセッサ（未表示）に伝送され画像再構築に供される。輸送案内機構２２０はスウィープ式指紋センサ２１０の傍らに取り付けられ、並びに該移動方向Ａに相当する案内方向Ａに沿って駆動され、手指Ｆを案内して安定して該検出面２１１を通過させる。

本実施例中、輸送案内機構２２０は二つのローラ２２１、２２２を具え、スウィープ式指紋センサ２１０は二つのローラ２２１、２２２の間に位置する。二つのローラ２２１、２２２が組成する輸送案内機構２２０は移動方向Ａに沿ってスウィープ式指紋センサ２１０と直線Ｌ１を成すよう配列され、即ち輸送案内機構２２０の案内方向はスウィープ式指紋センサ２１０の方形検出面２１１の長辺２１１Ａに垂直とされる。ローラ２２１はスウィープ式指紋センサ２１０の前方（方形検出面２１１の長辺２１１Ａの一側）に位置し、手指９の特定部分Ｆ１にまずローラ２２１を通過させてから検出面２１１を通過させる。ローラ２２２はスウィープ式指紋センサ２１０の後方（方形検出面２１１の長辺２１１Ａのもう一側）に位置し、手指Ｆの特定部分Ｆ１に先に検出面２１１を通過させてからローラ２２２を通過させる。事実上、ローラ２２１、２２２は本発明の一つの機能を達成することができるものであればよい。手指Ｆにはローラ２２１及び又は２２２の案内の下ですでに移動方向Ａに沿ってスライドする慣性が存在するため、有効に手指Ｆ移動時の移動方向Ａに垂直な左右方向のぐらつきを有効になくすことができる。

その他の実施例では、輸送案内機構は複写機の送紙機構のキャタピラ式輸送案内機構とされ、手指との相互作用により本発明の機能を達成するものとされる。

マイクロスイッチ２５０は選択的に取り付けられる部品であり、それは輸送案内機構２２０のローラ２２１、２２２と接触する。手指Ｆが輸送案内機構２２０のローラ２２１、２２２に接触する時、マイクロスイッチ２５０がトリガされ、スウィープ式指紋センサ２１０の電源をオンする。この状況下で、スウィープ式指紋センサ２１０の主電源は長時間オンされる必要がなく、使用が必要な時に、手指Ｆで輸送案内機構２２０のローラ２２１、２２２を押圧することによりマイクロスイッチ２５０をトリガし主電源をオンすることができる。

速度／移動センサ２６０もまた選択的に取り付けられて、輸送案内機構２２０の回転速度或いは移動を検出し並びに回転速度信号或いは移動信号Ｓ１を外部プロセッサ（図示せず）に出力するのに用いられる。外部プロセッサはこの回転速度信号或いは移動信号Ｓ１に基づいてキャプチャするフラグメント指紋画像の最小数を決定し、該回転速度信号或いは移動信号Ｓ１に基づき複数のフラグメント指紋画像をキャプチャする。例えば、光電、電力、磁力などの方式により速度／移動の検出を達成できるが、これについては後で説明する。指紋検出期間の手指移動は等速運動と見なされ、ゆえに輸送案内機構２２０の回転速度が既知である時、隣り合う二つのフラグメント指紋画像の検出時間間隔を最適化して、後続の画像再構築プロセスの進行を行うことができる。

例えばモータの駆動機構２７０もまた選択的に取り付けられる部品であり、輸送案内機構２２０を駆動し回転させるのに用いられ、手指Ｆを駆動し検出面２１１を通過させる。これにより、駆動機構２７０の駆動速度は既知の値であり、隣り合う二つのフラグメント指紋画像の検出時間間隔もまた最適化され、且つ使用者の手指移動速度のこの検出期間のわずかな変動を心配する必要がなく、更に手指の移動方向を完全に固定できる。

本実施例中、面板２４０は平板とされ、スウィープ式指紋センサ２１０と輸送案内機構２２０は面板２４０の上に配置される。輸送案内機構２２０の幅はスウィープ式指紋センサ２１０の幅より大きいか、小さいか或いは等しいものとされる。ローラ２２１、２２２はそれぞれ面板２４０の開口２４２と２４３より露出した部分（実線で示される矩形の如し）を具え、この部分は手指との接触に供され、軸２２３と２２４の周りを回転する。

図１１は図９の線１１−１１に沿って断面図の変形例である。本変形例中、面板２４０上にＵ形溝２４１が形成され、スウィープ式指紋センサ２１０と輸送案内機構２２０はＵ形溝２４１中に配置される。輸送案内機構２２０はスウィープ式指紋センサ２１０と高さが揃うように、或いはやや高く配置されうる。

以下に光電の方式による速度／移動の検出の達成について説明する。図１２は図１０のローラと速度／移動センサの側面図である。図１３は図１０のローラの正面図である。注意すべきことは、速度と移動検出の差別はわずかに速度検出では時間を計算に納入し、移動検出では時間を計算に納入しないことである。速度／移動センサ２６０の発射器２６０Ａは続けて信号を発射し（例えば赤外線）、該信号はローラ２２１の開口２２１Ａのみを通過して受信器２６０Ｂに断続的にこの発射信号を受信させ、すなわちローラ２２１の複数の開口２２１Ａを通過した該発射信号を順に受信させる。単位時間あたりのパルス数を計算することにより、ローラの回転速度を計算でき、それは手指の移動速度に対応する。

また、時間の納入を考慮しないならば、このスウィープ式指紋センサモジュールは各受信器２６０Ｂが一つのパルスを受け取る時に、指紋センサが一つのフラグメント指紋画像のキャプチャを開始するよう設計できる。このような設計はローラ２２１の回転角度と手指の移動（ローラの円周の接線速度）により簡単に完成できる。この状況にあって、手指の移動速度の変動が比較的大きくとも、これらフラグメント指紋画像のキャプチャに影響を与えない。簡単に言うと、指紋センサの幅（Ａ方向に沿った長さ）が既知であり、ローラ２２１の開口２２１Ａの回転の移動量が、各パルス信号出現時に一つのフラグメント指紋画像をキャプチャするよう設計されるため、移動の速度を検出する必要がない。

上述の例で説明された透過式の速度／移動センサ２６０の代わりに反射式の速度／移動センサを使用することもできる。この状況にあって、発射器２６０Ａと受信器２６０Ｂはローラ２２１の同一側に位置し、ローラ２２１が反射する該発射信号を受け取り、複数のパルスを発射して該移動信号となす。

本発明の上述の構造は、有効に手指移動時に発生するぐらつきを防止でき、また指紋センサが提供するスイッチ機能により電源をオンでき、更に手指の移動速度或いは移動距離を検出して手指の複数のフラグメント指紋画像の根拠となすことができる。
好ましい実施例の詳細な説明中に提出される具体的実施例はわずかに本発明の技術内容を説明するのに便利とするためであり、本発明は上述の実施例に狭義に制限されるものではなく、本発明の精神から逸脱しないでなしうる数々の変化の実施はいずれも本発明の請求範囲に属するものとする。

手指が周知のスウィープ式指紋センサを移動する状態表示図である。 図１の指紋センサがキャプチャしたフラグメント指紋画像の再構築表示図である。 手指が本発明のスウィープ式指紋センサを通過する状態表示図である。 図３のスウィープ式指紋センサのキャプチャするフラグメント指紋画像の再構築表示図である。 本発明の第１実施例のスウィープ式指紋センサモジュールの平面図である。 図５の線Ｌ６−Ｌ６に沿った断面図である。 本発明の第１実施例のスウィープ式指紋センサモの運転時の側面図である。 本発明のスウィープ式指紋センサの検出方法のフローチャートである。 本発明の第２実施例のスウィープ式指紋センサモジュールの平面図である。 図９の線１０−１０に沿った断面図である。 図９の線１１−１１に沿った断面図の変形例図である。 図１０のローラと速度／移動センサの側面図である。 図１０のローラの正面図である。

符号の説明

１ 基板
２ センサ素子アレイ
３ 速度検出ユニット
４ 処理回路
５ 抵抗センサ
６ ボンディングパッド
７ 圧力式センサ素子
８ 静電容量式センサ素子
９ 手指
１０ スウィープ式指紋センサ
１１ マイクロプロセッサ
２１ 指紋センサ素子
３１ 第１電極板
３２ 第２電極板
５１ 金属長條電極
５２ 金属長條電極
７１ 圧力式センサ素子
８１ 静電容量式センサ素子
１１０ スウィープ式指紋センサ
１２０ 手指
II（１）−II（Ｎ） フラグメント指紋画像
Ｉ（１）−Ｉ（Ｎ） フラグメント指紋画像
AA（１）−AA（Ｎ−１） オーバラップ領域
Ａ（１）−Ａ（Ｎ−１） オーバラップ領域
Ａ 移動方向
Ｆ 手指
Ｆ１ 特定部分
Ｓ１ 回転速度信号
２０１ スウィープ式指紋センサモジュール
２１０ スウィープ式指紋センサ
２１１ 検出面
２１１Ａ 長辺
２１１Ｂ 短辺
２２０ 輸送案内機構
２２１、２２２ ローラ
２２１Ａ 開口
２２３、２２４ 軸
２４０ 面板
２４１ Ｕ形溝
２４２、２４３ 開口
２５０ マイクロスイッチ
２６０ 速度／移動センサ
２６０Ａ 発射器
２６０Ｂ 受信器
２７０ 駆動機構

Claims (10)

1. スウィープ式指紋センサモジュールにおいて、該スウィープ式指紋センサモジュールは マイクロプロセッサと該マイクロプロセッサに接続されたスウィープ式指紋センサを具え、該スウィープ式指紋センサは、基板、センサ素子アレイ、速度検出ユニット、及び処理回路を具え、
   該センサ素子アレイは該基板上に位置し、並びに複数の指紋センサ素子が二次元アレイ方式で配列されて構成され、該センサ素子アレイがその上を通過する手指の指紋を検出してサンプリング時間間隔を以て連続して該手指の複数のフラグメント指紋画像をキャプチャし、これによりこれらフラグメント指紋画像に対応する複数のフラグメント指紋信号を出力し、
   該速度検出ユニットは、該基板上に位置し、並びに第１電極板と第２電極板で構成され、該第１電極板と第２電極板が相互に平行で所定距離離間し、該第１電極板が該手指との接触時に第１時間信号を出力し、該第２電極板が該手指との接触時に第２時間信号を出力し、
   該処理回路は、該センサ素子アレイ及び該速度検出ユニットと電気的に接続されて該複数のフラグメント指紋信号、該第１時間信号、該第２時間信号を受け取り、処理し、並びに出力し、そのうち、該マイクロプロセッサが該第１時間信号、該第２時間信号、及び該所定距離により該手指の移動速度を求め、並びに該移動速度により該サンプリング時間間隔を決定し、更に該複数のフラグメント指紋信号を処理し並びに一つの完全な指紋画像に再構築することを特徴とする、スウィープ式指紋センサモジュール。
2. 請求項１記載のスウィープ式指紋センサモジュールにおいて、センサ素子アレイの前記手指の移動の方向に沿ったサイズが２．５〜３．５ｍｍとされたことを特徴とする，スウィープ式指紋センサモジュール。
3. 請求項１記載のスウィープ式指紋センサモジュールにおいて、スウィープ式指紋センサが抵抗センサを具え、該抵抗センサは前記基板上に位置して該手指の抵抗値を検出し，該手指の真偽の識別を助けることを特徴とする、スウィープ式指紋センサモジュール。
4. 請求項１記載のスウィープ式指紋センサモジュールにおいて、スウィープ式指紋センサが抵抗センサが更に、加熱抵抗と温度センサを具え、該温度センサは前記手指の皮膚の温度変化を検出し、該加熱抵抗が電流或いは電圧の提供を受けてその温度が該手指の温度より高くなる時、該加熱抵抗及び温度センサに接触する手指の皮膚により熱が奪われることを利用し、該温度センサのピーク値温度発生の時間を計算することで、皮膚の熱伝導性を推算して生体検出の根拠となすことを特徴とする、スウィープ式指紋センサモジュール。
5. スウィープ式指紋センサモジュールの検出方法において、
   手指の移動速度を検出するステップと、
   該移動速度によりサンプリング時間間隔を決定するステップと、
   該サンプリング時間間隔を以て手指の複数のフラグメント指紋画像を連続してキャプチャし、これらフラグメント指紋画像に対応する複数のフラグメント指紋信号を出力するステップと、
   該複数のフラグメント指紋信号を処理し一つの完全な指紋画像に再構築するステップと、
   を具えたことを特徴とする、スウィープ式指紋センサモジュールの検出方法。
6. 請求項５記載のスウィープ式指紋センサモジュールの検出方法において、手指の移動速度を検出するステップが、
   手指が第１電極板に接触する時に、第１時間信号を出力するステップと、
   手指が第１電極板から所定距離隔たった第２電極板に接触する時に、第２時間信号を出力するステップと、
   該所定距離で第１と第２時間信号の差を割って該移動速度を獲得するステップと、
   を具えたことを特徴とする、スウィープ式指紋センサモジュールの検出方法。
7. スウィープ式指紋センサモジュールにおいて、該スウィープ式指紋センサモジュールはスウィープ式指紋センサと輸送案内機構を具え、
   該スウィープ式指紋センサは、移動方向に沿って該スウィープ式指紋センサの検出面上を通過する手指の複数のフラグメント指紋画像を検出し、
   該輸送案内機構は、該スウィープ式指紋センサの傍らに取り付けられると共に該移動方向に相当する案内方向に駆動されて、該手指に安定して該検出面を通過させることを特徴とする、スウィープ式指紋センサモジュール。
8. 請求項７記載のスウィープ式指紋センサモジュールにおいて、検出面は方形とされ、且つ輸送案内機構の案内方向はスウィープ式指紋センサの方形検出面の長辺に垂直とされたことを特徴とする、スウィープ式指紋センサモジュール。
9. 請求項７記載のスウィープ式指紋センサモジュールにおいて、速度／移動センサを更に具え、該速度／移動センサは輸送案内機構の回転速度或いは移動を検出し並びに回転速度或いは移動信号を外部プロセッサに出力し、外部プロセッサがこの回転速度或いは移動信号によりキャプチャするフラグメント指紋画像の最小数を決定することを特徴とする、スウィープ式指紋センサモジュール。
10. 請求項９記載のスウィープ式指紋センサモジュールにおいて、輸送案内機構がローラを具え、且つ速度／移動センサが発射器と受信器を具え、
    該発射器は発射信号を発射し、
    該受信器は該ローラの複数の開口を通過した該発射信号を順に受信するか或いはローラが反射した該発射信号を受信して複数のパルスを発生して該回転速度或いは移動信号となすことを特徴とする、スウィープ式指紋センサモジュール。
    

Images