JP2005115836A - 指紋センサ、及び指紋センサを備えた携帯情報端末 - Google Patents

Abstract

【課題】押圧力を与える指と指紋当接部との間の接触圧を一定に保つことができる。
【解決手段】表面に指紋が当接される指紋当接部３ａ１を有し、透明体より成る回転ローラ３ａと、この回転ローラ３ａ内に収容される光学レンズ２１、及び１次元撮像素子２２を含み、回転ローラ３ａの指紋当接部３ａ１に接触する指紋を読み取る指紋読取手段１０と、回転ローラ３ａを、指の押圧方向に移動可能に弾性力を介して支持する弾性部材３ｃ２とを備えた。
【選択図】図３

Description

本発明は、小型化を実現し得る指紋センサ、及び指紋センサを備えた携帯電話等の携帯情報端末に関する。

携帯情報端末、例えば携帯電話に指紋センサを備えた従来技術として特許文献１に示されるものがある。この特許文献１に記載の技術は、操作パネルにキー操作部とディスプレイとを備えると共に、キー操作部とディスプレイとの間の領域に、上下のカーソルボタン、左右のカーソルボタンを供え、これらのカーソルボタンの中央部分に指紋センサを配置してある。

しかし、指紋を検出するには、指紋を形成する指の腹のほぼ全体に相当する比較的大きな領域が必要となることから、指紋当接部の占有面積をこれに応じて大きく設定しなければならない。このために、携帯電話の全体形状の小型化を実現できなくなる問題がある。

この問題を解決するために、指紋センサを小型にし得る技術が特許文献２に提案されている。この特許文献２には、表面に指紋当接部を有する円筒形の回転ローラを備えた指紋センサが開示されている。指紋検出時には、回転ローラに指を押圧しながらこの回転ローラを回転させ、これによって指紋部分を連続的に検出し、信号処理により指紋全体を把握するようにしてある。

このように回転ローラの回転を介して指紋を検出するようにしたものでは、指紋が当接する部分を小さく設定できる。したがって、この特許文献２に記載の技術を特許文献１に記載の技術に適用すれば、携帯電話の全体形状の小型化を実現できる。
特開２００２−３３０２０２公報 特開平８−２６３６３１号公報

ところで、上述したように特許文献１に記載の技術において、特許文献２に記載の指紋センサを適用した場合、携帯電話の操作は携帯電話を手に持った状態で行なわれることから、指紋センサを構成する回転ローラの指紋当接部に対する指による押圧力が大きく変化しやすい。したがって、このような押圧力の大きな変化に伴って指紋検出精度が低下しやすい問題がある。

なお、上述のように特許文献１に記載の技術において特許文献２に記載の指紋センサを考慮しても、単に指紋検出機能が確保されるだけであり、この指紋センサを他の機能のために活用できるものでもない。携帯電話等の携帯情報端末にあっては、より多くの機能が要求されているのが現状である。そのような多くの機能を確保しようとすると、部品の増加を招き、これに伴って装置が大型になる懸念がある。

本発明は、上述した従来技術における実状からなされたもので、その第１の目的は、押圧力を与える指と指紋当接部との間の接触圧を一定に保つことができる指紋センサ、及び指紋センサを備えた携帯情報端末を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、指紋検出機能を有すると共に、他の機能に活用できる指紋センサ、及び指紋センサを備えた携帯情報端末を提供することにある。

上記第１の目的を達成するために、本発明の指紋センサは、表面に指紋が当接される指紋当接部を有し、透明体より成る指紋検出体と、この指紋検出体の上記指紋当接部に接触する指紋を読み取る指紋読取手段と、上記指紋検出体を、指の押圧方向に移動可能に弾性力を介して支持する弾性部材とを備えたことを特徴としている。

このように構成した本発明は、指を指紋検出体に当接させた状態で指を移動させると、これに伴って指紋検出体が移動する。この間、指紋検出体に接触する指紋が指紋読取手段によって読み取られる。また、指による指紋当接部に対する押圧力に応じて弾性部材が適宜変形するので、この弾性部材を介して押圧力を与える指と指紋当接部との間の接触圧を一定に保つことができる。

また上記第２の目的を達成するために、本発明の指紋センサは、表面に指紋が当接される指紋当接部を有し、透明体より成る回転可能な指紋検出体と、この指紋検出体の上記指紋当接部に接触する指紋を読み取る指紋読取手段と、上記指紋当接部に対する指の動作に応じて作動するスイッチとを備えたことを特徴としている。

このように構成した本発明は、指紋検出体と指紋読取手段とによって、指紋当接部に当接された指紋を検出できると共に、指紋当接部に対する指の動作に応じてスイッチから信号を出力せることができる。すなわち、指紋検出機能を有すると共に、スイッチの信号を他の機能に活用させることができる。

また上記第２の目的を達成するために、本発明の指紋センサは、上記発明において、上記指紋検出体が中空の円筒形から成ると共に、この指紋検出体の内部に、上記スイッチの作動に伴って点灯し、上記指紋当接部を照射する照明用光源を配置したことを特徴としている。

このように構成した本発明は、指紋当接部に対する指の動作に応じてスイッチが作動すると、照明用光源が指紋当接部を照射する。すなわち、照明用光源はスイッチの作動時にのみ点灯するので、消費電力を抑えることができる。

また上記第１の目的、あるいは第２の目的を達成するために、本発明の指紋センサは、上記発明において、上記指紋当接部の回転角を検出する回転角検出手段と、上記指紋読取手段で連続的に読み取られた指紋部分と上記回転角検出手段で検出された回転角とに基づいて指紋全体の画像データを合成する指紋画像合成部とを備えたことを特徴としている。

このように構成した本発明は、指紋当接部に指紋が当接されたときに回転角検出手段から出力される回転角信号と、指紋読取手段で読み取られた指紋部分とによって指紋画像合成部で指紋の画像データを合成でき、指紋当接部に当接された指紋を確実に検出できる。

また上記第１の目的、あるいは上記第２の目的を達成するために、本発明の指紋センサを備えた携帯情報端末は、上記請求項１〜３のいずれか１項に記載の指紋センサを備えると共に、上記指紋当接部の回転角を検出する回転角検出手段と、画面操作時には、上記回転角検出手段で検出される回転角に応じた画面のスクロール操作を実施させる処理制御を行なう制御部を有することを特徴としている。

このように構成した本発明は、回転角検出手段を介して指紋当接部を画面のスクロール操作に活用できる。

また上記第１の目的、あるいは上記第２の目的を達成するために、本発明の指紋センサを備えた携帯情報端末は、上記請求項４記載の指紋センサを備えると共に、画面操作時には、上記回転角検出手段で検出される回転角に応じた画面のスクロール操作を実施させる処理制御を行なう制御部を有することを特徴としている。

このように構成した本発明は、回転角検出手段を、指紋の検出操作と、画面のスクロール操作とに兼用させることができる。

本発明の指紋センサ、及び指紋センサを備えた携帯電話等の携帯情報端末は、指紋検出体を保持する弾性部材の弾性を介して、押圧力を与える指と指紋検出体の指紋当接部との間の接触圧を一定に保つことができる。これにより高い指紋検出精度を得ることができ、従来技術から考えられるものに比べて信頼性を向上させることができる。

また、本発明の指紋センサ、及び指紋センサを備えた携帯電話等の携帯情報端末は、指紋検出機能を有すると共に、他の機能に活用でき、したがって他の機能を実施させるための部品の数を抑えることができる。すなわち、多機能を確保しながらも装置の小型化を実現させることができる。他の機能に活用する際にも、指紋当接部を操作すればよいので使い勝手が良い。

以下，本発明に係る指紋センサ、及び指紋センサを備えた携帯情報端末を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。

図１は本発明の指紋センサを備えた携帯情報端末の一実施形態を示す平面図、図２は本実施形態に備えられる指紋センサの要部構成を示す斜視図、図３は本実施形態に備えられる指紋センサにおける指紋検出時の動作を示す模式図である。図４は本実施形態に備えられる指紋センサの全体構成を示すブロック図、図５は本実施形態に備えられるディスプレイの表示例を示す図である。

図１に示すように、本実施形態の携帯情報端末は、例えば携帯電話１であり、操作パネル２の中央位置に指紋センサ３を備えている。指紋センサ３の表面は後述するように、指の腹が当接される指紋当接部３ａを構成している。指紋センサ３の右位置にはカーソル右ボタン４を、左位置にはカーソル左ボタン５を配置してある。

操作パネル２の前方位置には、画面表示部すなわちディスプレイ６を配置してあり、後方位置には、複数のキーから成るキー操作部７を配置してある。

上述した指紋センサ３は、図２の要部構成で示すように、全体が透明体、例えば透明樹脂から成り、表面に指の腹が当接される例えば凹凸の指紋当接部３ａ１を有し、軸中心に貫通穴３ａ２を有する指紋検出体、例えば円筒形で中空の回転ローラ３ａを備えている。また、回転ローラ３ａの貫通穴３ａ２に嵌入される軸３ｂと、この軸３ｂが回転自在に挿入される孔３ｃ１を有し、軸３ｂを支持する軸受３ｃを備えている。この軸受３ｃは操作パネル２の内部に固定される。さらに例えば、軸受３ｃに一体に設けられた片持ち梁を形成し、上述の回転ローラ３ａを、指の押圧方向に移動可能に弾性力を介して保持する例えば一対の弾性部材３ｃ２を備えている。これらの弾性部材３ｃ２を含む軸受３ｃは、ばね性を有する金属によって構成されている。

図３の模式図に示すように、指紋センサ３は、指の押圧による回転ローラ３ａの軸中心と直交する方向の回転ローラ３ａの移動方向、すなわち回転ローラ３ａの直下に、押しボタンスイッチ８を備えている。この押しボタンスイッチ８は指の腹が回転ローラ３ａの指紋当接部３ａ１を押圧したときに、例えばＯＮとなるように設定してある。

さらに指紋センサ３は、図３及び図４のブロック図に示すように、回転ローラ３ａ内に配置され、押しボタンスイッチ８がＯＮとなると点灯し、指紋当接部３ａ１を照射する照明用光源２０を備えている。回転ローラ３ａの内部には、上述した照明用光源２０の他に、図４に示す指紋読取手段１０を構成する光学レンズ２１、及び１次元撮像素子２２を収容させてある。

また図４に示すように、指紋センサ３は、押しボタンスイッチ８のＯＮに伴って指紋当接部３ａの回転角、すなわち回転ローラ３ａの回転角を検出する回転角検出手段１１と、指紋読取手段１０及び回転角検出手段のそれぞれから出力される信号に基づいて指紋全体の画像データを合成する指紋画像合成部１２と、押しボタンスイッチ８のＯＮに伴って画像データの合成開始を指令する開始指令信号を出力する制御部１３とを備えている。この制御部１３は、図１に示すキー操作部７等における処理によりディスプレイ６に表示された画面の、上述した回転角検出手段１１で検出される回転角に応じたスクロール操作を実施させる処理制御も行なうものである。

このように構成した本実施形態は、指紋検出に際しては図３に示すように、指の腹を回転ローラ３ａの指紋当接部３ａ１に当接させ、指を指紋当接部３ａ１に対して押圧しながら例えば前方に移動させる動作が行なわれる。

この間、指が指紋当接部３ａ１を押圧することにより、押しボタンスイッチ８がＯＮとなり、照明用光源２０が点灯して指紋当接部３ａ１を照射する。また、光学レンズ２１、１次元撮像素子２２を含む指紋読取手段１０が作動し、この指紋読取手段１０から読み取った指紋部分に相応する信号が連続的に指紋画像合成部１２に出力される。

また、回転ローラ３ａの回転に伴う回転角が回転角検出手段１１で検出され、この回転角検出手段１１から回転角信号が指紋画像合成部１２に出力される。

制御部１３は、押しボタンスッチ８のＯＮにより、指紋画像合成部１２に開始指令信号を出力する。指紋画像合成部１２は制御部１３から出力される開始指令信号により、上述の指紋読取手段１０、及び回転角検出手段１１のそれぞれから出力される信号に基づいて、指紋全体の画像データを合成する処理を開始する。

例えば指の腹の全体の移動を終え、指を回転ローラ３ａの指紋当接部３ａ１から離すと、押しボタンスイッチ８に対する押圧力が解除され、押しボタンスイッチ８がＯＦＦとなる。これにより制御部１３は、停止指令信号を指紋画像合成部１２に出力する。この停止指令信号を受けて、指紋画像合成部１２における指紋の画像データの合成処理は終了する。

指紋画像合成部１２で合成された指紋全体の画像データは、例えば制御部１３の処理により図１に示すディスプレイ６に指紋画像として表示させることができる。

また、制御部１３に設けた記憶手段に指紋全体の画像データを記憶させ、必要時に読み出し可能に構成することもできる。

そして特に、本実施形態は、上述した指紋検出操作の間、回転ローラ３ａが弾性部材３ｃ２の弾性力を介して支持されるので、回転ローラ３ａに対する指の押圧力に大きな変化を生じても、その押圧力に応じて弾性部材３ｃ２が適宜変形する。これにより、押圧力を与える指と回転ローラ３ａの指紋当接部３ａ１との間の接触圧を一定に保つことができる。

また、本実施形態では、例えば図１に示すディスプレイ６にキー操作部７等の操作によって画面が表示されている状態にあっては、押しボタンスイッチ８がＯＮになっても、照明用光源２０は点灯せず、また指紋読取手段１０、すなわち指紋画像合成部１２が作動しないように設定されている。またこのとき、押しボタンスイツチ８のＯＮに伴って回転角検出手段１１及び制御部１３は作動し、回転角検出手段１１から出力される回転角信号が制御部１３に入力されるように設定されている。

したがって例えば、図１に示すディスプレイ６に図５の（ａ）図に示す画面が表示されている状態にあって、回転ローラ３ａの指紋当接部３ａ１が指で押圧されると、押しボタンスイッチ８がＯＮとなり、回転角検出手段１１及び制御部１３が作動する。このように指で回転ローラ３ａが押圧された状態で回転ローラ３ａが回されると、回転角検出手段１１から回転ローラ３ａの回転に応じた回転角信号が制御部１３に出力され、制御部１３でスクロール処理が実施される。例えば図５の（ａ）図に示す状態から矢印３０に示すように、１行だけ上方向にスクロールされ、図５の（ｂ）図に示す画面となる。

このように本実施形態は、指紋検出操作を実施しないときには、回転ローラ３ａ、押しボタンスイッチ８、及び回転角検出手段１１をスクロール操作に活用させることができる。したがって、上下方向へのスクロールを実施させるカーソルボタンは不要となる。

なお、図１に示すカーソル右ボタン４が操作されると、ディスプレイ６に表示される画面が右方向にスクロールされ、カーソル左ボタンが操作されると、左方向にスクロールされるようになっている。

上述のように構成した本実施形態の指紋センサ３によれば、回転ローラ３ａの指紋当接部３ａ１を押圧する指と、指紋当接部３ａ１との間の接触圧を弾性部材３ｃ２の弾性力を介して一定に保つことができる。これにより、高い指紋検出精度を得ることができ、センサの信頼性を向上させることができる。

また、本実施形態の指紋センサ３は、指紋当接部３ａ１を有する指紋検出体が回転ローラ３ａから成っており、指紋当接部３ａ１を押圧する指の移動に伴って回転ローラ３ａが回転する。したがって、歪みを生じることなく指紋を検出することができ、高い指紋検出精度の確保に貢献する。

また、本実施形態の指紋センサ３は、回転ローラ３ａに与えられる押圧力により作動する押しボタンスイッチ８を備えていることから、この押しボタンスイッチ８の例えばＯＮ信号を、指紋検出操作の他に、画面のスクロール操作に活用できる。すなわち、機能を向上させた携帯電話１を得ることができる。

また、本実施形態の指紋センサ３は、回転ローラ３ａの内部に照明用光源２０を備え、この照明用光源２０は押しボタンスイッチ８の作動時のみに点灯するので、消費電力を抑えることができる。したがって、経済性に優れ実用性に富む。

また、本実施形態の指紋センサ３を備えた携帯電話１は、回転角検出手段１１を、指紋の検出操作と、ディスプレイ６の画面のスクロール操作とに兼用させることができる。したがって、機能を向上させることができると共に、部品数を少なくすることができ、これにより優れた経済性を確保することができる。

なお、本実施形態の指紋センサ３は、指の腹が回転ローラ３ａを押圧することで作動する押しボタンスイッチ８を備えている。しかし、これに限らず、回転ローラ３ａ内部の１次撮像素子２２に、指の腹が回転ローラ３ａに近接したこと、または触れたことを感知させることで、押しボタンスイッチ８と同様のスイッチ機能を担わせることも可能である。このような構成を採用すれば、押しボタンスイッチ８を除いた構成で、本実施形態と同等もしくはこれに準ずる効果を得ることができる。ただしこの場合、携帯電話１の主電源がＯＮになっている限り指紋当接部３ａ１が照明されている必要がある。

また、上記のように指紋当接部３ａ１を常時照明する場合を含め、照明用光源２０は複数の発光素子から構成し、必要な光量に見合った数の素子が発光するように制御するのが、消費電力量を低減する観点から好ましい。

また、押しボタンスイッチ８は、指紋画像合成部１２に開始指令信号を出力する機能ばかりでなく、他の機能を有するものであってよい。例えばディスプレイ６上のメニューから特定の項目を選択・決定するための信号を出力する機能を有するものであってよい。

本発明の指紋センサを備えた携帯情報端末の一実施形態を示す平面図である。 本実施形態に備えられる指紋センサの要部構成を示す斜視図である。 本実施形態に備えられる指紋センサにおける指紋検出時の動作を示す模式図である。 本実施形態に備えられる指紋センサの全体構成を示すブロック図である。 本実施形態に備えられるディスプレイの表示例を示す図である。

符号の説明

１ 携帯電話（携帯情報端末）
２ 操作パネル
３ 指紋センサ
３ａ 回転ローラ（指紋検出体）
３ａ１ 指紋当接部
３ａ２ 貫通穴
３ｂ 軸
３ｃ 軸受
３ｃ１ 孔
３ｃ２ 弾性部材
４ カーソル右ボタン
５ カーソル左ボタン
６ ディスプレイ
７ キー操作部
８ 押しボタンスイッチ
１０ 指紋読取手段
１１ 回転角検出手段
１２ 指紋画像合成部
１３ 制御部
２０ 照明用光源
２１ 光学レンズ
２２ １次元撮像素子
３０ 矢印

Claims (6)

1. 表面に指紋が当接される指紋当接部を有し、透明体より成る指紋検出体と、
   この指紋検出体の上記指紋当接部に接触する指紋を読み取る指紋読取手段と、
   上記指紋検出体を、指の押圧方向に移動可能に弾性力を介して支持する弾性部材とを備えたことを特徴とする指紋センサ。
2. 表面に指紋が当接される指紋当接部を有し、透明体より成る回転可能な指紋検出体と、
   この指紋検出体の上記指紋当接部に接触する指紋を読み取る指紋読取手段と、
   上記指紋当接部に対する指の動作に応じて作動するスイッチとを備えたことを特徴とする指紋センサ。
3. 上記請求項２記載の発明において、
   上記指紋検出体が中空の円筒形から成ると共に、
   この指紋検出体の内部に、上記スイッチの作動に伴って点灯し、上記指紋当接部を照射する照明用光源を配置したことを特徴とする指紋センサ。
4. 上記請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、
   上記指紋当接部の回転角を検出する回転角検出手段と、
   上記指紋読取手段で連続的に読み取られた指紋部分と上記回転角検出手段で検出された回転角とに基づいて指紋全体の画像データを合成する指紋画像合成部とを備えたことを特徴とする指紋センサ。
5. 上記請求項１〜３のいずれか１項に記載の指紋センサを備えると共に、
   上記指紋当接部の回転角を検出する回転角検出手段と、
   画面操作時には、上記回転角検出手段で検出される回転角に応じた画面のスクロール操作を実施させる処理制御を行なう制御部を有することを特徴とする指紋センサを備えた携帯情報端末。
6. 上記請求項４記載の指紋センサを備えると共に、
   画面操作時には、上記回転角検出手段で検出される回転角に応じた画面のスクロール操作を実施させる処理制御を行なう制御部を有することを特徴とする指紋センサを備えた携帯情報端末。
   

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