JP2006236364A - Signal processing circuit and fingerprint detector using it - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image sensor signal processing circuit for obtaining an optimum signal level in compliance with a signal mean level in AD conversion of a signal from a photoelectric conversion element. <P>SOLUTION: This signal processor is constructed of a variable gain amplifier 1 amplifying a difference with a reference voltage by using a signal output from an image sensor as an input to a reverse input terminal, a peak hold circuit 2 performing sample holding of the maximum value and the minimum value for a periodically varying pixel signal as an output of the variable gain amplifier 1, an integrator 3 receiving differential voltage between the maximum value and the minimum value generated in the peak hold circuit 2 for outputting a low frequency constituent (mean voltage) through a low-pass filter having a predetermined cutoff frequency, and a reference voltage source 5 receiving the output from the integrator 3 and outputting a reference voltage matching the output from the integrator 3 to a non-reverse input terminal in the variable gain amplifier 1. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光学センサーを用いた指紋検出装置等に代表される、画像センサーからの信号パターンによって判断を行なうシステムに適用して好適な画像センサー信号処理回路に関する。   The present invention relates to an image sensor signal processing circuit suitable for application to a system that makes a determination based on a signal pattern from an image sensor, typified by a fingerprint detection device using an optical sensor.

図8は、従来の光学センサーを用いた指紋検出システムにおける信号処理回路のブロック図である。   FIG. 8 is a block diagram of a signal processing circuit in a fingerprint detection system using a conventional optical sensor.

また図9は、同システムにおける代表的な光学センサーの信号出力である。図9でHI/LOの信号が周期的に変化しているのは、指紋による指先の形状に凹凸があるためで、凹部では出力が低く、凸部では高くなる。   FIG. 9 is a signal output of a typical optical sensor in the system. The reason why the HI / LO signal periodically changes in FIG. 9 is that the shape of the fingertip due to the fingerprint has irregularities, so that the output is low in the concave part and high in the convex part.

光学センサーで指紋の凹凸を読み取るために指の周辺には光源が配置されるので、必然的に光源に近い、指の周辺部の指紋による光学センサー出力レベルは高く、光源からの距離が大きく、さらに指内の光の透過率の点から、指の中央部分の指紋による光学センサー出力は低くなってしまい、図9に示したような、指の湾曲形状に近い、指紋による凹凸の周期よりずっと大きな周期の、本来の光信号出力とは関係のない、いわゆるシェーディングが発生する。   Since a light source is arranged around the finger to read the unevenness of the fingerprint with the optical sensor, the optical sensor output level by the fingerprint around the finger inevitably close to the light source is high, the distance from the light source is large, Furthermore, from the point of light transmittance in the finger, the optical sensor output due to the fingerprint at the center of the finger is low, much closer to the curved shape of the finger, as shown in FIG. So-called shading that has a large period and is not related to the original optical signal output occurs.

このシェーディングにより、指の中央部分の指紋を示すセンサー出力のSN比は低下し、この信号をAD変換したディジタル値を用いた指紋認識のシステムにおける認識率は低下してしまうという問題があった。またこの指の中央部の光強度を上げようとして、指の周辺に配置されている光源の光強度を増すと、指周辺の指紋のセンサー出力が過大になり、いわゆる白飛びを起こし、やはり指紋認識率を低下させてしまう。   Due to this shading, the SN ratio of the sensor output indicating the fingerprint at the center of the finger is lowered, and there is a problem that the recognition rate in a fingerprint recognition system using a digital value obtained by AD conversion of this signal is lowered. If the light intensity of the light source placed around the finger is increased in order to increase the light intensity at the center of the finger, the sensor output of the fingerprint around the finger will become excessive, causing the so-called whiteout, again the fingerprint The recognition rate is lowered.

従来の信号処理方法は、1フレームの信号の平均レベルに応じて増幅回路のゲインや基準電圧を制御するもので、制御の対象となるセンサー信号のシェーディングの形状によっては、図10に示したようにそのシェーディングの谷の部分にある画素信号レベルが最適に補正されない問題があった(例えば、特許文献1参照)。   The conventional signal processing method controls the gain and reference voltage of the amplifier circuit in accordance with the average level of the signal of one frame. Depending on the shape of shading of the sensor signal to be controlled, as shown in FIG. However, there is a problem that the pixel signal level in the shading valley portion is not optimally corrected (see, for example, Patent Document 1).

この例では1フレーム分の画素信号レベルの平均値が基準値より高く、一部の画素信号が極端に低い場合に、平均値が基準より高いため、AGC(Auto Gain Control Amp.)の基準電圧を高く設定するか、もしくはゲインを低く設定するため、信号レベルが低い画素の信号はさらに小さくなり、SN比が悪化してしまう。
特開2000−298464号公報
In this example, when the average value of the pixel signal level for one frame is higher than the reference value and some of the pixel signals are extremely low, the average value is higher than the reference, so the reference voltage of AGC (Auto Gain Control Amp.) Is set high or the gain is set low, the signal of the pixel having a low signal level is further reduced, and the SN ratio is deteriorated.
JP 2000-298464 A

しかしながら、撮像素子の信号の平均レベルが、その画素レートに比べゆっくり、図9に示したように大きく変化する場合、その信号を増幅するAGCなどの増幅回路のゲインを単に信号平均レベルに応じて変化させるだけでは、信号のSN比や、その後に配置されるAD変換器のダイナミックレンジを有効に使用することができない。これは信号を増幅する際の基準電圧を一定としているからである。   However, when the average level of the signal of the image sensor changes greatly as shown in FIG. 9 slowly compared to the pixel rate, the gain of an amplification circuit such as AGC that amplifies the signal is simply set according to the signal average level. The signal SN ratio and the dynamic range of the AD converter arranged after that cannot be used effectively only by changing the signal. This is because the reference voltage for amplifying the signal is constant.

そこで本発明は、画像センサーからの信号パターンによって判断を行なうシステムにおいて、光電変換素子からの信号をAD変換する際に、信号平均レベルに応じて最適な信号レベルを得るための信号処理回路を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention provides a signal processing circuit for obtaining an optimum signal level according to the average signal level when AD conversion is performed on a signal from a photoelectric conversion element in a system that makes a determination based on a signal pattern from an image sensor. The purpose is to do.

上記課題を解決するために、本発明は、光電変換素子からの信号をアナログ・ディジタル変換するための信号処理回路において、光電変換素子からの信号出力を一方の入力として、基準電圧との差を増幅する差動増幅回路と、この差動増幅回路の出力で、画素信号の最大値と最小値をサンプル・ホールドするピークホールド回路と、このピークホールド回路の出力を受け、ローパスフィルターで低周波成分を出力する積分器と、この積分器の出力を受け、前記差動増幅回路の他方の入力に、前記積分器の出力と基準値とを比較した結果に応じた基準電圧を出力する基準電圧源とを備え、前記積分器のカットオフ周波数は、前記光電変換素子からの信号出力の平均値と前記基準値との差の大きさに応じて調節、設定されることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a signal processing circuit for analog / digital conversion of a signal from a photoelectric conversion element, using a signal output from the photoelectric conversion element as one input and calculating a difference from a reference voltage. The differential amplifier circuit to amplify, the peak hold circuit that samples and holds the maximum and minimum values of the pixel signal at the output of this differential amplifier circuit, and the low-frequency component that receives the output of this peak hold circuit And a reference voltage source that receives the output of the integrator and outputs a reference voltage according to a result of comparing the output of the integrator and a reference value to the other input of the differential amplifier circuit The cutoff frequency of the integrator is adjusted and set according to the magnitude of the difference between the average value of the signal output from the photoelectric conversion element and the reference value.

本発明によれば、信号の振幅(AC的な変化分)に対し、そのDCレベル(平均値)の変動が大きいような信号をAD変換する際に、AD変換器の入力ダイナミックレンジを有効に活用し、信号SN比を改善するので、信号の変化分のみをAD変換器の入力ダイナミックレンジに適したレベルにして増幅することができる。   According to the present invention, when AD conversion is performed on a signal whose DC level (average value) varies greatly with respect to the amplitude (AC change) of the signal, the input dynamic range of the AD converter is effectively used. This is utilized to improve the signal S / N ratio, so that only the change in the signal can be amplified to a level suitable for the input dynamic range of the AD converter.

また、増幅回路の基準電圧の調節をすることで、従来、DC信号部分の変換に使用されていたAD変換器のダイナミックレンジを、信号変化部分のみに用いることができ、変化部分のAD変換精度を向上させることができる。   In addition, by adjusting the reference voltage of the amplifier circuit, the dynamic range of the AD converter that has been conventionally used for the conversion of the DC signal portion can be used only for the signal change portion, and the AD conversion accuracy of the change portion can be increased. Can be improved.

以下で説明する最良の形態では、これから増幅しようとしている画素より以前の、数画素〜数十画素分の、信号電圧の変化分の積分値(平均値)とその極性に応じて増幅回路の基準電圧とゲインを制御し、さらに時間的により後に出力された信号ほど、基準電圧とゲインを制御する平均値への影響の度合いを大きく設定することで、これから増幅しようとする画素の信号レベルに対する最適な基準電圧とゲインを得て、その後に位置するAD変換器の入力ダイナミックレンジを最大限活用することを特徴とする。   In the best mode described below, the reference value of the amplifier circuit is determined according to the integral value (average value) of the change in the signal voltage for several pixels to several tens of pixels before the pixel to be amplified and the polarity thereof. By controlling the voltage and gain, and setting the degree of influence on the average value that controls the reference voltage and gain for signals output later in time, the optimum for the signal level of the pixel to be amplified in the future It is characterized in that a large reference voltage and gain are obtained, and the input dynamic range of the AD converter located thereafter is utilized to the maximum extent.

すなわち、これから増幅しようとしている画素より以前の数画素〜数十画素分の信号電圧の積分値(平均値)を基準値と比較し、その結果に応じて増幅回路の基準電圧やゲインを制御するものである(図11参照)。   That is, the integrated value (average value) of signal voltages for several pixels to several tens of pixels before the pixel to be amplified is compared with the reference value, and the reference voltage and gain of the amplifier circuit are controlled according to the result. (See FIG. 11).

この事柄を周波数領域で言い換えれば、ここで必要としている情報は比較的高い周波数領域にあり、したがってそれより低い周波数成分は信号増幅の障害になるため不要である。この低い周波数成分を抜き出し(積分)、それを元にした基準電圧として差動増幅回路の一方の入力端子に印加し、もう一方の入力端子に印加されるセンサーなどからの信号と引き算、増幅することである(図12参照)。   In other words, in the frequency domain, the information required here is in a relatively high frequency domain, and therefore, lower frequency components are not necessary because they interfere with signal amplification. This low frequency component is extracted (integrated), applied to one input terminal of the differential amplifier circuit as a reference voltage based on it, and subtracted from the signal from the sensor, etc. applied to the other input terminal, and amplified. (Refer to FIG. 12).

また基準電圧とゲインの初期値の設定は、固定値か、最初の数画素の信号のアンプ出力電圧の平均値と基準値(例えばアンプの後段に配置されるAD変換器の入力ダイナミックレンジの1/2の値)とを比較し、その差が最小となるように決定しても良い。   The initial values of the reference voltage and the gain are set to a fixed value or the average value of the amplifier output voltage of the first few pixels and the reference value (for example, 1 of the input dynamic range of the AD converter arranged at the subsequent stage of the amplifier). May be determined so that the difference is minimized.

数画素〜数十画素という参照する画素数は、シェーディングの形状の変化率(微分値)や差分の大きさから決定し、図9における早い周期の信号の凹凸の差電圧の平均値(積分値)の変化分(微分値)と基準値とを比較した差が大きい時、参照画素数を小さく設定する。この事柄を周波数領域で言い換えれば、不要となる低い周波数成分の信号の中で、高い周波数成分の量がそれの低い周波数成分より大きいため、積分器のカットオフ周波数を以前より高い値に遷移し、不要な周波数成分を効率的に除去することである(図13参照)。   The number of pixels to be referred to as several pixels to several tens of pixels is determined from the change rate (differential value) of the shape of the shading and the size of the difference, and the average value (integrated value) of the difference voltage of the unevenness of the signal with the fast cycle in FIG. When the difference between the change amount (differential value) and the reference value is large, the reference pixel number is set small. In other words, in the frequency domain, the amount of high frequency components in the unnecessary low frequency component signal is greater than the low frequency component, so the cutoff frequency of the integrator is changed to a higher value than before. This is to efficiently remove unnecessary frequency components (see FIG. 13).

さらに参照画素信号の重み付けの度合いは同様に、シェーディングの傾き(微分値)から決定し、変化が大きい(微分値が大きい)時ほど、もっとも最近の画素信号の重み付けを大きく設定する。   Further, the degree of weighting of the reference pixel signal is similarly determined from the shading gradient (differential value), and the weighting of the most recent pixel signal is set larger as the change is larger (the differential value is larger).

画素信号の絶対値はそれほど大きな意味がなく、本発明を各画素信号の山と谷の差に有効な情報を有する指紋センサーに適用すると効果的である。   The absolute value of the pixel signal is not so significant, and it is effective to apply the present invention to a fingerprint sensor having information effective for the difference between the peak and valley of each pixel signal.

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の第1の実施例を示す回路ブロック図である。本発明の画像センサー信号処理回路は、画像センサー(図示省略)からの信号出力を反転入力端子の入力として、基準電圧との差を増幅する可変(もしくは一定)ゲインアンプ(差動増幅回路)1と、この可変ゲインアンプ1の出力である周期的に変化する画素信号の最大値と最小値をサンプル・ホールドするピークホールド回路2と、このピークホールド回路2内で生成される最大値と最小値の差電圧を受け、所定のカットオフ周波数を有するローパスフィルターで低周波成分(平均電圧)を出力する積分器3と、この積分器3の出力を受け、可変ゲインアンプ1の非反転入力端子に、積分器3の出力に応じた基準電圧を出力する基準電圧源5から構成される。積分器3や基準電圧源5の出力は、あるパルス入力で同期してディジタル的に、またはアナログ的にリアルタイムに変化する。   FIG. 1 is a circuit block diagram showing a first embodiment of the present invention. The image sensor signal processing circuit of the present invention has a variable (or constant) gain amplifier (differential amplifier circuit) 1 that amplifies a difference from a reference voltage using a signal output from an image sensor (not shown) as an input to an inverting input terminal. A peak hold circuit 2 that samples and holds the maximum and minimum values of the periodically changing pixel signal that is the output of the variable gain amplifier 1, and the maximum and minimum values generated in the peak hold circuit 2. And an integrator 3 that outputs a low-frequency component (average voltage) with a low-pass filter having a predetermined cut-off frequency, and an output of the integrator 3 that is received by the non-inverting input terminal of the variable gain amplifier 1 The reference voltage source 5 outputs a reference voltage corresponding to the output of the integrator 3. The outputs of the integrator 3 and the reference voltage source 5 change in real time in a digital or analog manner in synchronization with a certain pulse input.

図2は、動作例の詳細を示す。この例では図の簡略化のため積分器のカットオフを、入力の変化する周期のほぼ2倍程度(もしくは2画素分の平均値を取る)とする。また積分器は光センサーの画素信号が出力されているタイミングに信号を取り込み積分動作を行なっているものとする。(画素信号間はリセットレベルが出力されている)
図2では、画素1,2に対する可変ゲインアンプ出力の平均値を、可変ゲインアンプの出力をAD変換するAD変換器(図示省略)の入力ダイナミックレンジの1/2と比較した結果が小さい場合を示している。比較結果の差電圧に応じて可変ゲインアンプの基準電圧を画素3,4のところで、図に示すように、小さくする。
FIG. 2 shows details of the operation example. In this example, for simplification of the figure, the cutoff of the integrator is about twice as long as the input changing period (or an average value for two pixels). Further, it is assumed that the integrator captures a signal at the timing when the pixel signal of the photosensor is output and performs an integration operation. (Reset level is output between pixel signals)
In FIG. 2, the case where the result of comparing the average value of the variable gain amplifier output with respect to the pixels 1 and 2 with 1/2 of the input dynamic range of an AD converter (not shown) that AD converts the output of the variable gain amplifier is small Show. The reference voltage of the variable gain amplifier is reduced at the pixels 3 and 4 as shown in the figure according to the difference voltage of the comparison result.

その結果、図2の右の図にあるように、画素3,4に対するアンプ出力はAD変換器の入力ダイナミックレンジの1/2付近になり、安定してS/N比の良いAD変換が可能になる。なお、図2の左の図は、従来例として、基準電圧を調節しなかった場合を示している。   As a result, as shown in the right diagram of FIG. 2, the amplifier output for the pixels 3 and 4 is in the vicinity of ½ of the input dynamic range of the AD converter, and stable AD conversion with a good S / N ratio is possible. become. In addition, the left figure of FIG. 2 has shown the case where a reference voltage is not adjusted as a prior art example.

あるいは図2の左の図に示したように、画素1,2のアンプ出力の差分をある閾値と比較し、それを越えた場合、差分の極性に応じて可変ゲインアンプの基準電圧を増減させる。すなわち図2左図では2画素目の出力が1画素目の出力より大きく下がり、その下がった量がしきい値を越えたため前記基準電圧を小さくする。逆に2画素目の出力が大きくなれば前記基準電圧を大きくするということで、画素出力の微分値とその極性を用いて判定、基準電圧を制御する。   Alternatively, as shown in the left diagram of FIG. 2, the difference between the amplifier outputs of the pixels 1 and 2 is compared with a certain threshold value, and when the difference is exceeded, the reference voltage of the variable gain amplifier is increased or decreased according to the difference polarity. . That is, in the left diagram of FIG. 2, the output of the second pixel is significantly lower than the output of the first pixel, and the amount of the reduction has exceeded the threshold value, so the reference voltage is reduced. Conversely, if the output of the second pixel increases, the reference voltage is increased, so that the determination and reference voltage are controlled using the differential value of the pixel output and its polarity.

また、この画素信号の変化分の低周波数成分が、本来の光信号に応じた変化であると考えられる場合には、この変更された基準電圧の情報をAD変換器に伝えることで、AD変換の精度を悪化させないようにすることも可能である。   When the low frequency component corresponding to the change in the pixel signal is considered to be a change corresponding to the original optical signal, the AD conversion is performed by transmitting the information on the changed reference voltage to the AD converter. It is also possible not to deteriorate the accuracy.

図3は、本発明の第2の実施例を示す回路ブロック図である。本実施例では、実施例1からさらに積分器3の出力を用いて可変ゲインアンプ1のゲインを制御し、可変ゲインアンプの基準電圧と共に変化させ、増幅器の出力を受けるAD変換器の入力ダイナミックレンジに対し、信号のAD変換の際のSN比が最大となるようにする。実施例1と同様に光センサーの画素1,2の信号出力をサンプリングし、積分器3においてその平均値を得て、参照値(ここでは可変ゲインアンプの出力を受けるAD変換器の入力ダイナミックレンジの1/2の値)と比較し、平均値が小さい場合は、実施例1と同様可変ゲインアンプの基準電圧を小さくすると共に可変ゲインアンプのゲインを大きくするか、または可変ゲインアンプのゲインのみを大きくする。あるいは画素1,2の信号出力の変化分が閾値を越えた場合に、この変化分の極性に応じてアンプのゲインを一定量増減させる。この場合も、実施例1と同様に変更された基準電圧やゲインの情報をAD変換器に伝えることで、変換精度を悪化させないことができる。   FIG. 3 is a circuit block diagram showing a second embodiment of the present invention. In this embodiment, the gain of the variable gain amplifier 1 is further controlled by using the output of the integrator 3 from the first embodiment, and is changed along with the reference voltage of the variable gain amplifier, and the input dynamic range of the AD converter that receives the output of the amplifier. On the other hand, the signal-to-noise ratio at the time of AD conversion of the signal is maximized. Similar to the first embodiment, the signal outputs of the pixels 1 and 2 of the optical sensor are sampled, the average value is obtained by the integrator 3, and the input dynamic range of the AD converter that receives the output of the variable gain amplifier is used here. If the average value is small, the reference voltage of the variable gain amplifier is decreased and the gain of the variable gain amplifier is increased, or only the gain of the variable gain amplifier is obtained, as in the first embodiment. Increase Alternatively, when the change amount of the signal output of the pixels 1 and 2 exceeds the threshold value, the gain of the amplifier is increased or decreased by a certain amount according to the polarity of the change amount. Also in this case, the conversion accuracy can be prevented from deteriorating by transmitting the changed reference voltage and gain information to the AD converter as in the first embodiment.

以上のように、実施例1、2では、ゲインアンプ1、サンプル・ホールドするピークホールド回路2、積分器3、及び基準電圧源5からなる制御手段によって、補正される信号よりも前に入力された信号に基づき、順次入力される前記複数の信号に含まれる前記低周波成分の振幅の変動を抑制している。   As described above, in the first and second embodiments, the signal is input before the signal to be corrected by the control means including the gain amplifier 1, the peak hold circuit 2 for sampling and holding, the integrator 3, and the reference voltage source 5. Based on the received signal, fluctuations in the amplitude of the low-frequency component contained in the plurality of sequentially input signals are suppressed.

図4は、本発明の第3の実施例を示す回路ブロック図である。本実施例では、実施例2からさらに、微分回路4によって画素出力の変化分の大きさ(微分値)に応じて、積分器に取り込む最新画素信号電圧の重み付けを変化させ、画素信号出力の変化率の大小にも対応させた。   FIG. 4 is a circuit block diagram showing a third embodiment of the present invention. In this embodiment, the weighting of the latest pixel signal voltage taken into the integrator is changed by the differentiating circuit 4 according to the magnitude (differential value) of the change in the pixel output by the differentiating circuit 4 to change the pixel signal output. I made it correspond to the size of the rate.

図5は、図1における積分器3の1例であり、3つのスイッチと2つの容量によるいわゆるSWITCHED CAPASITOR回路で、図4における微分回路4の出力とある基準値を比較し、結果に応じて図5におけるSW1を制御し、図5における容量C1とC2の比を変化させる。図10に示したように、画素信号出力の変化が大きい場合、実施例1,2では基準電圧、ゲインの追従性が悪くなり、最悪AD変換器のダイナミックレンジを超えてしまうため、C1のC2に対する比を大きくし、積分器における追従性を向上させる。   FIG. 5 shows an example of the integrator 3 in FIG. 1, which is a so-called SWITCHED CAPASITOR circuit with three switches and two capacitors, and compares the output of the differentiation circuit 4 in FIG. 4 with a reference value, and according to the result. SW1 in FIG. 5 is controlled to change the ratio of the capacitors C1 and C2 in FIG. As shown in FIG. 10, when the change in the pixel signal output is large, the followability of the reference voltage and the gain is deteriorated in the first and second embodiments and exceeds the dynamic range of the worst AD converter. To increase the tracking performance of the integrator.

以上のように、実施例3では、ゲインアンプ1、サンプル・ホールドするピークホールド回路2、積分器3、微分回路4、及び基準電圧源5からなる制御手段によって、補正される信号よりも前に入力された信号に基づき、順次入力される前記複数の信号に含まれる前記低周波成分の振幅の変動を抑制している。   As described above, in the third embodiment, before the signal to be corrected by the control means including the gain amplifier 1, the peak hold circuit 2 for sampling and holding, the integrator 3, the differentiation circuit 4, and the reference voltage source 5. Based on the input signals, fluctuations in the amplitude of the low frequency components included in the plurality of signals that are sequentially input are suppressed.

図6は、2次元マトリクス構成の画像センサーの信号をアナログ・ディジタル変換するための信号処理回路に本発明を適用した例を示す。実施例1,2,3では、光電変換画素が1列に並んだ1ラインでの信号処理を想定している。本実施例では、画素列が複数並んだ(いわゆる2次元マトリクス構成)複数ライン信号を扱うため、現在読み出し等の信号処理を行っているライン(行)以前の、予め設定された行数の複数ラインの各行平均信号レベルを各行毎に備え、1行分の光電変換素子からの画素信号とダーク信号の差分出力の、平均値を保存する保存手段18を有する。さらに、複数の保存手段18の出力を受け、その変化分を出力する微分器19を備える。   FIG. 6 shows an example in which the present invention is applied to a signal processing circuit for analog / digital conversion of a signal of an image sensor having a two-dimensional matrix configuration. In the first, second, and third embodiments, signal processing in one line in which photoelectric conversion pixels are arranged in one column is assumed. In this embodiment, in order to handle a plurality of line signals in which a plurality of pixel columns are arranged (so-called two-dimensional matrix configuration), a plurality of preset lines before a line (row) on which signal processing such as reading is currently performed are performed. Each row has an average signal level for each line, and storage means 18 for storing an average value of the difference output between the pixel signal and the dark signal from the photoelectric conversion elements for one row. Further, a differentiator 19 is provided which receives the outputs of the plurality of storage means 18 and outputs the changes.

また、複数列の光電変換素子(センサーセル11)からの信号出力を一方の入力として、基準電圧との差を増幅する差動増幅回路14と、この差動増幅回路14の出力で、ある周期で変化する画素信号の最大値と最小値をサンプル・ホールドするピークホールド回路16と、このピークホールド回路16の出力を受け、所定のカットオフ周波数を有するローパスフィルターで低周波成分を出力する積分器17と、差動増幅回路14の他の入力に、積分器17の出力と微分器19の出力を加算し、ある基準値と比較した結果に応じた基準電圧を出力する基準電圧発生回路13とを備えることで、ライン間の信号レベルの変化にも応答する。そして、差動増幅回路14の出力をAD変換器15でアナログ・ディジタル変換する。   Further, a signal output from a plurality of rows of photoelectric conversion elements (sensor cells 11) is used as one input, a differential amplifier circuit 14 that amplifies a difference from a reference voltage, and an output of the differential amplifier circuit 14 is a certain period. A peak hold circuit 16 that samples and holds the maximum value and minimum value of a pixel signal that changes in response to an output, and an integrator that receives the output of the peak hold circuit 16 and outputs a low-frequency component by a low-pass filter having a predetermined cutoff frequency. 17 and the other input of the differential amplifier circuit 14, the output of the integrator 17 and the output of the differentiator 19 are added, and a reference voltage generation circuit 13 that outputs a reference voltage according to the result of comparison with a certain reference value; By providing, it responds also to the change of the signal level between lines. The output of the differential amplifier circuit 14 is converted from analog to digital by the AD converter 15.

図6の例では2ラインの各信号レベルの平均値を保存手段18にそれぞれ保存し、現在読み出しを行っているラインの画素信号に加算、平均化し、その結果を用いて基準電圧発生回路13の電圧を制御する。すなわち1行目、2行目の画素信号レベルの平均値が減少している時は3行目の画素信号を処理する際に、該3行目の信号の、実施例1に記述したような積分値から、1行目、2行目の平均値の微分値に応じた値を差し引くことで、該微分値が0の時に比較して基準電圧を小さく設定する。   In the example of FIG. 6, the average values of the signal levels of the two lines are stored in the storage unit 18, added to the pixel signals of the line currently being read, averaged, and the result of the reference voltage generation circuit 13 is used. Control the voltage. That is, when the average value of the pixel signal level in the first row and the second row is decreasing, when the pixel signal in the third row is processed, the signal of the third row is described in the first embodiment. By subtracting a value corresponding to the differential value of the average value of the first row and the second row from the integrated value, the reference voltage is set smaller than that when the differential value is zero.

図7は、本発明の画像センサー信号処理回路を利用した指紋認証装置の構成を示す。撮像素子21は、指紋画像を撮像するCCDやCMOSセンサー等の撮像素子である。アナログ・ディジタル変換部(A/D変換部)22は、上記実施例の画像センサー信号処理回路を備え、撮像素子21からのアナログ信号を上記実施例に示すように最適処理してディジタル信号に変換する。タイミング・ジェネレータ23は、撮像素子21やA/D変換部22を駆動する。信号処理部24は、A/D変換部22からの指紋画像データに種々の信号処理を施す。メモリ25は、信号処理部4からの指紋画像データを記憶する。登録指紋データベース26は、指紋画像データから抽出された指紋の特徴データが予め記憶されている。   FIG. 7 shows a configuration of a fingerprint authentication apparatus using the image sensor signal processing circuit of the present invention. The image sensor 21 is an image sensor such as a CCD or CMOS sensor that captures a fingerprint image. The analog / digital conversion unit (A / D conversion unit) 22 includes the image sensor signal processing circuit of the above-described embodiment, and converts the analog signal from the image sensor 21 into a digital signal by optimal processing as shown in the above-described embodiment. To do. The timing generator 23 drives the image sensor 21 and the A / D converter 22. The signal processing unit 24 performs various signal processes on the fingerprint image data from the A / D conversion unit 22. The memory 25 stores fingerprint image data from the signal processing unit 4. The registered fingerprint database 26 stores in advance fingerprint characteristic data extracted from fingerprint image data.

ここで、指紋の特徴データについて簡単に説明する。指紋の模様を形成する盛り上がっている部分である「隆線」には、切れている部分と分岐している部分がある。切れている部分である「端点」と分岐している部分である「分岐点」を合わせて「特徴点」と呼んでいる。この特徴点から得られる「位置」と「方向」等を、指紋を特定するための特徴データとして扱う。   Here, the feature data of the fingerprint will be briefly described. A “ridge”, which is a raised portion that forms a fingerprint pattern, includes a cut portion and a branched portion. The “end point” which is a cut portion and the “branch point” which is a branched portion are collectively referred to as a “feature point”. The “position”, “direction”, and the like obtained from the feature points are handled as feature data for specifying a fingerprint.

指紋照合部27は、メモリ25の指紋画像データから指紋の特徴データを検出して、登録指紋データベース26に登録された指紋の特徴データと照合する。この指紋認証装置は、例えば、公衆回線を介して所望の相手先と通話することが可能な携帯電話に搭載される。   The fingerprint collation unit 27 detects fingerprint feature data from the fingerprint image data in the memory 25 and collates it with the fingerprint feature data registered in the registered fingerprint database 26. This fingerprint authentication device is mounted on, for example, a mobile phone that can make a call with a desired destination via a public line.

本発明の第1の実施例を示す回路ブロック図1 is a circuit block diagram showing a first embodiment of the present invention. 画素に対する可変ゲインアンプ出力の平均値の説明図Illustration of average value of variable gain amplifier output for pixel 本発明の第2の実施例を示す回路ブロック図Circuit block diagram showing a second embodiment of the present invention 本発明の第3の実施例を示す回路ブロック図Circuit block diagram showing a third embodiment of the present invention 図4における積分器の1例を示す図The figure which shows an example of the integrator in FIG. 2次元マトリクス構成の画像センサーの信号処理回路ブロック図Signal processing circuit block diagram of an image sensor having a two-dimensional matrix configuration 本発明の画像センサー信号処理回路を利用した指紋認証装置の構成図Configuration diagram of fingerprint authentication apparatus using image sensor signal processing circuit of the present invention 従来の指紋検出システムの信号処理回路ブロック図Signal processing circuit block diagram of a conventional fingerprint detection system 従来のシステムにおける光学センサーの信号出力を示す図The figure which shows the signal output of the optical sensor in the conventional system 従来の信号処理方法における信号補正の説明図Illustration of signal correction in conventional signal processing method 従来と本発明によるアンプ出力の信号波形の比較を示す図The figure which shows the comparison of the signal waveform of the amplifier output by the past and this invention 本発明の周波数領域における説明図Illustration in the frequency domain of the present invention 本発明の周波数領域における説明図Illustration in the frequency domain of the present invention

符号の説明Explanation of symbols

1 可変ゲインアンプ
2 ピークホールド回路
3 積分器
4 微分回路
5 基準電圧源
1 Variable Gain Amplifier 2 Peak Hold Circuit 3 Integrator 4 Differentiation Circuit 5 Reference Voltage Source

Claims (4)

光電変換素子からの信号をアナログ・ディジタル変換するための信号処理回路において、
光電変換素子からの信号出力を一方の入力として、基準電圧との差を増幅する差動増幅回路と、
この差動増幅回路の出力で、画素信号の最大値と最小値をサンプル・ホールドするピークホールド回路と、
このピークホールド回路の出力を受け、ローパスフィルターで低周波成分を出力する積分器と、
この積分器の出力を受け、前記差動増幅回路の他方の入力に、前記積分器の出力と基準値とを比較した結果に応じた基準電圧を出力する基準電圧源とを備え、
前記積分器のカットオフ周波数は、前記光電変換素子からの信号出力の平均値と前記基準値との差の大きさに応じて調節、設定されることを特徴とする信号処理回路。
In a signal processing circuit for analog / digital conversion of a signal from a photoelectric conversion element,
A differential amplifier circuit that amplifies a difference from a reference voltage using a signal output from the photoelectric conversion element as one input,
At the output of this differential amplifier circuit, a peak hold circuit that samples and holds the maximum value and minimum value of the pixel signal,
An integrator that receives the output of this peak hold circuit and outputs a low-frequency component with a low-pass filter;
A reference voltage source that receives the output of the integrator and outputs a reference voltage according to a result of comparing the output of the integrator and a reference value to the other input of the differential amplifier circuit;
The signal processing circuit, wherein a cutoff frequency of the integrator is adjusted and set according to a difference between an average value of signal outputs from the photoelectric conversion element and the reference value.
前記基準値をアナログ・ディジタル変換器の入力ダイナミックレンジの1/2とすることを特徴とする請求項1に記載の信号処理回路。   2. The signal processing circuit according to claim 1, wherein the reference value is set to ½ of an input dynamic range of the analog / digital converter. 前記差動増幅回路が、前記積分器の出力を用いてゲインを制御する可変ゲイン差動増幅回路であって、
前記積分器の出力と前記基準値と比較した結果に応じて、前記基準電圧源の基準電圧と前記可変ゲイン差動増幅回路のゲインの一方又は両方を変化させることを特徴とする請求項1に記載の信号処理回路。
The differential amplifier circuit is a variable gain differential amplifier circuit that controls a gain using an output of the integrator,
2. One or both of a reference voltage of the reference voltage source and a gain of the variable gain differential amplifier circuit are changed according to a result of comparison between the output of the integrator and the reference value. The signal processing circuit described.
指紋を読み取って検出する指紋検出装置であって、
指紋画像を撮像する画像センサーと、
請求項1ないし3のいずれかに記載の信号処理回路を有して、前記信号処理回路からのアナログ信号をディジタル信号に変換するアナログ・ディジタル変換部と、
ディジタル変換された指紋画像データを記憶するメモリと、
この記憶された指紋画像データから指紋の特徴データを検出する指紋検出部とを備えることを特徴とする指紋検出装置。
A fingerprint detection device that reads and detects a fingerprint,
An image sensor that captures fingerprint images;
An analog / digital conversion unit comprising the signal processing circuit according to any one of claims 1 to 3 for converting an analog signal from the signal processing circuit into a digital signal;
A memory for storing digitally converted fingerprint image data;
A fingerprint detection apparatus comprising: a fingerprint detection unit configured to detect fingerprint feature data from the stored fingerprint image data.
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