JP2005118289A - 指紋入力装置及び指紋認証装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 より小型の光学式指紋入力装置を構成する。
【解決手段】 ＬＥＤ３からの光１０を指に照射し、指１０からの光を撮像素子１ａで受光する光学式指紋入力装置において、撮像素子１ａは撮像チップ１の主面上に形成され、撮像チップ１の少なくとも一つの側面は斜面状に形成されており、ＬＥＤ３からの光が側面で反射して指１０に照射される。撮像チップ１の撮像素子１ａ上には指１０からの光を導く光ファイバプレート２が配置されている。撮像チップ１、ＬＥＤ３、光ファイバプレート２は赤外線透過樹脂４で覆われている。
【選択図】 図１

Description

本発明は指紋入力装置及び指紋認証装置に係わり、特に小型の指紋入力装置及び指紋認証装置に関するものである。

近年、情報技術の著しい進歩によって電子商取引などの経済活動が普及するのに伴い、情報の不正使用を防止する目的から個人認証を電子化する必要性もまた増大している。
個人認証電子化の手段には古くから指紋を画像入力する方法が多く用いられているが、例えば特許文献１に述べられるように、指の内部に向けて近赤外光線を照射し、二次元撮像素子の表面近傍に指を接触させ、指内部からの散乱光を受光する方法が開示されている。これによれば全反射プリズムなどが不要で、極めて小型な指紋入力装置が構成できる。

他方、高価かつ面積の大きい二次元撮像素子を使用せず、一次元（線状）撮像素子で相対移動する指紋を読み取り、携帯電話などにも搭載可能な超小型の指紋入力装置も提案されている。

例えば、特許文献２では、一次元撮像素子の上に結像手段（レンズ）を置き、さらにその上で指をスライドすることにより指紋画像を入力する方法が開示されている。

その他にも、特許文献３に見られるように、一次元撮像素子の上にレンズ配列又は光ファイバ配列を置いて指紋画像を入力する方法が開示されている。

しかしながら、特許文献２、３に開示されている技術では撮像素子部分は小型、薄型化できるものの、指の移動量を検知する目的で各種のエンコーダ、スライダなども装備しなければならない。

特許文献４では、光学プリズムと屈折率分布型ロッドレンズアレー（商品名セルフォック）を組み合わせて、少なくとも二列以上の一次元撮像素子に指紋画像を投影し、エンコーダなども不要とする技術が開示されている。この技術では指紋画像をロッドレンズアレーによって投影するため、一定の光路長を確保するために複雑な形状の光学プリズムを使用することから、やはりコストと大きさには制約が課せられている。
特許第３１５０１２６号 特許第２９８００５１号 特開平１０−００３５３２号 米国特許６，２５９，１０８号

以上説明したように、各種の指紋入力装置が提案されているが、装置の小型化の要請には必ずしも十分でなく、さらなる小型化が望まれていた。

本発明の光学式指紋入力装置は、光源からの光を指に照射し、該指からの光を撮像素子で受光する光学式指紋入力装置において、
前記撮像素子は半導体基板の主面上に形成され、
前記半導体基板の少なくとも一つの側面は斜面状に形成されており、
前記光源からの光が該側面で反射して前記指に照射されることを特徴とする。

本発明の指紋認証装置は、上記本発明の光学式指紋入力装置により読み取られた指紋画像を識別情報として予め登録する指紋登録手段と、前記光学式指紋入力装置により読み取られた指紋画像と前記指紋登録手段の登録指紋画像とが一致するか否かを照合する指紋照合手段と、備えたことを特徴とする。

本発明によればより小型の光学式指紋入力装置を構成することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は本発明の光学式指紋入力装置の第１の実施形態の模式的断面である。図１において、１はシリコンウエハ（半導体基板）からなる撮像チップで、その表面に一次元又は二次元撮像素子１ａ、側面に斜面１ｂが形成されている。撮像素子１ａは、数百ｄｐｉ（dot per inch）の解像度、望ましくは８００ｄｐｉ以上の解像度を持つ撮像素子がほぼ直線状に配列されている。配列の長さは読み取る指紋の大きさによるが、概ね幅方向（紙面に垂直方向）１０〜２０ｍｍ程度複数の画素が列状に配置され、これとは直角方向（指の移動方向）に１又は数画素列を配置する。ここでは、一次元（線状）撮像素子又は数画素列の撮像素子を用い、撮像素子に対して指を移動させて指紋を読みとっているが、指全体をおけるような面積の大きい二次元撮像素子の場合にも適用できる。また、ここでは一側面のみ斜面状としているが、二以上の側面を斜面状としてもよい。

撮像チップ１は通常、図２に示すように、厚さ０．７ｍｍ程度のシリコンウエハ１ｃから切り出すが、切断砥石２００を約４５°傾けて斜面１ｂを形成することができる。二側面を斜面状とするには約４５°と約−４５°に切断砥石２００を交互に傾けて切り出せばよい。

撮像素子１ａを被うように、光伝達手段である光ファイバプレート２の一方の端面が密接して置かれている。

撮像素子１ａへの電源及び各種制御信号の供給、出力信号の取出しなど電気配線は、直径約３０マイクロメートル前後の金属ワイヤ５を用いた周知のワイヤボンディングにより行うことが出来る。

光源となるＬＥＤ３は撮像チップ１と同様にプリント基板１０１上に固定され、同様のワイヤボンディングにより配線パターン１０１ａと接続される。

ＬＥＤ３から放射された照射光３ａは斜面１ｂによって図の上方に反射し、指１０に到達する。指内部で散乱した散乱光３ｂは指紋１０ｂを透過し、光ファイバプレート２の端面に到達する。図１の撮像素子１ａの二側面に斜面を形成する場合、撮像素子１ａを挟んで前後にＬＥＤ３を配置し両側から光を二斜面に照射する。

撮像チップ１、光ファイバプレート２、ＬＥＤ３などは、使用する光線の波長で透明となる樹脂４で封止されており、光ファイバプレート２の端部と樹脂４の表面４ａとはおよそ同一平面に形成されている。樹脂４は使用する波長、主に近赤外から赤外光線に対しては透明で、可視光に対しては不透明であることが外乱光除去の面から望ましい。

指１０の指紋１０ａを表面４ａ近傍に押し当て、図の矢印方向に移動することで、指紋画像が順次撮像素子１ａに導かれる。

（実施形態２）
図３は本発明の光学式指紋入力装置の第２の実施形態の模式的断面である。

本実施形態では光伝達手段として赤外線を透過し、かつ、屈折率の大きいシリコンなどの薄板を用いた。光伝達手段としてはシリコンの他、ゲルマニウム、ガリウム、セレン、これらを主成分とする化合物を用いることができる。

撮像素子１ａを指１０の押圧から保護する目的で光伝達手段を挿入するが、その強度を確保するために厚みを増し、指紋１０ａと撮像素子１ａとの距離が大きくなると指紋画像の鮮鋭さが損なわれる。しかし、屈折率の大きい材料を用いると空気換算の光学距離が小さくなるため、撮像素子の保護と指紋画像の鮮鋭さを両立することが可能となる。たとえば単結晶シリコンを厚さ５０から２００マイクロメートル程度に研磨した薄板を接着し好結果を得た。

その際、薄板は、撮像素子１ａと接する面には絶縁膜を、指１０と接する面には帯電防止目的で導電膜を形成しておくことが望ましい。絶縁膜としてはシリコンの熱酸化膜等、導電膜としては酸化インジウム錫（ＩＴＯ）膜等を用いることができる。

図４は、本発明による光学式指紋入力装置を有する指紋認証装置の模式的な構成を示すブロック図である。

図４において、４０はＣＭＯＳ型，ＣＣＤなどの一次元又は２次元イメージセンサーを有する本発明に係わる光学式指紋入力装置、２０は光学式指紋入力装置４０から信号線を通じて伝送された画像信号の処理を行うとともに、光学式指紋入力装置４０の制御を行う画像処理部、３０は指紋認証装置本体の動作を制御するマイコン部である。

マイコン部３０において、３０１は画像信号の脈動による変化分の有無に基づいて認証対象が人の指であるかを検出する脈動検出部、３０２は画像信号から指紋のしわの端などの特徴点を抽出する特徴点抽出部、３０４は脈動検出部３０１で画像信号が人の指紋であると検出したことをトリガとして特徴点抽出部３０２で抽出された特徴点の位置と、撮像装置により読みとられた指紋画像を予め登録してある指紋データベース３０３内の指紋とを照合する照合部、３０５は照合部３０４の照合結果をインターネットなどのネットワークを介してホストコンピュータなどに送る通信部、３０６は特徴点抽出部３０２で特徴点の抽出が十分に行えなかったときにＬＥＤの光量や撮像装置のアンプゲインを全体的に制御してダイナミックレンジ内に適切に入るように調整する切換部である。

また、３０７がシェーディングの影響を軽減して、階調性などの精度を高めるために、２次元的に配列されたエリアセンサの面内での露光量を制御するための光源制御部（制御手段）である。

ここでのシェーディングとは、光源や光学系による照明状況および撮像素子の感度むらや被写体の形状や反射率等に起因する明時シェーディングをさしている。本実施形態のような指紋認識装置の場合は、光源の配置と指の形状に特有な明時シェーディングが存在する。さらに、この光量むらは、照明環境に起因して変化する。

本発明は、携帯電話や携帯情報機器などにも搭載可能な超小型の指紋入力装置や指紋認証装置に適用することができる。

本発明の第一の実施形態を示す断面図である。 撮像チップの製造方法を示す図である。 本発明の光学式指紋入力装置の第２の実施形態の模式的断面である。 本発明による光学式指紋入力装置を有する指紋認証装置の模式的な構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 撮像チップ（半導体基板）
１ａ 一次元又は二次元撮像素子
１ｂ 斜面
１ｃ シリコンウエハ
２ 光ファイバプレート
３ ＬＥＤ
４ 赤外線透過樹脂
５ 金属ワイヤ
１０１ プリント基板
１０ 指
３ａ 照射光
３ｂ 散乱光
１０ｂ 指紋
４ａ 樹脂表面
１０１ａ 配線パターン

Claims (9)

1. 光源からの光を指に照射し、該指からの光を撮像素子で受光する光学式指紋入力装置において、
   前記撮像素子は半導体基板の主面上に形成され、
   前記半導体基板の少なくとも一つの側面は斜面状に形成されており、
   前記光源からの光が該側面で反射して前記指に照射されることを特徴とする光学式指紋入力装置。
2. 基板上に、前記半導体基板と、前記半導体基板の前記側面に光を照射可能に配置された前記光源とを有することを特徴とする請求項１記載の光学式指紋入力装置。
3. 前記半導体基板の前記撮像素子上には前記指からの光を導く光伝達手段が配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の光学式指紋入力装置。
4. 前記光伝達手段は光ファイバプレートであることを特徴とする請求項３記載の光学式指紋入力装置。
5. 前記光伝達手段はシリコン、ゲルマニウム、ガリウム、セレン、これらを主成分とする化合物、のうち何れかの薄板であることを特徴とする請求項３記載の光学式指紋入力装置。
6. 前記薄板の指側の主面には導電膜が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の光学式指紋入力装置。
7. 前記薄板の半導体基板側の主面には絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の光学式指紋入力装置。
8. 基板上に基板上に、前記半導体基板と、前記半導体基板の前記側面に光を照射可能に配置された前記光源と、前記半導体基板上の前記撮像素子上に配置された、前記指からの光を導く光伝達手段とを備え、前記半導体基板、前記光源、光伝達手段は樹脂で覆われている請求項１記載の光学式指紋入力装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学式指紋入力装置により読み取られた指紋画像を識別情報として予め登録する指紋登録手段と、
   前記光学式指紋入力装置により読み取られた指紋画像と前記指紋登録手段の登録指紋画像とが一致するか否かを照合する指紋照合手段と、備えたことを特徴とする指紋認証装置。