JP2007219671A - 画像読取り装置 - Google Patents

Abstract

【課題】既設又は新設のポインティングデバイスであるタッチパッドなど位置読取りデバイスを利用して、余分のスペースを使わず、そしてコストのかからないセンサとして一次元ラインセンサを使用した指紋などの画像読取り装置を提供すること。
【解決手段】一次元ラインセンサを備えるフィルム状指紋センサ１２と、前記指紋センサに積層され、物体が圧接移動する間、当該物体の位置情報を検知する位置読取りデバイス１０と、前記指紋センサからの出力データ及び前記位置読取りデバイスからの位置情報データをそれぞれ順次記録する記録手段２０と、前記出力データ及び前記位置情報データに基づいて物体の画像を合成する画像処理手段２２と、を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）及び情報端末機などで指紋などの画像情報を読取る画像読取り装置に関し、特にポインティングデバイスであるタッチパッドなど位置読取りデバイスと指紋センサとして一次元ラインセンサとを組み合わせた画像読取り装置に関する。

近年、ＰＣに記憶した情報を所有者以外の第三者に悪用されないよう、個人認証を行う機能が携帯型ＰＣにも多く搭載されている。この場合、生体情報を利用して個人認証を行うのが最適であるが、特に指紋データを用いることは、センサのサイズ、コストなどの点で利点がある。指紋を読取る指紋センサは、二次元画像を取得するエリアセンサと、指を一定方向に移動させながら一次元データを取得し、このデータをつなぎ合わせて必要画像を合成させるためのラインセンサ（スイープセンサ、スワイプセンサとも呼ばれる）の２つのタイプがある。エリアセンサは正確な画像を取得するのに適しているが、センサ自体が大きく、設置面積や製造コストの点でラインセンサに劣る。一方、ラインセンサは、一次元データをつなぎ合わせることに技術的課題がある。

ただ、指紋センサといえども、携帯型ＰＣの限られたスペースにこれを組み込むのは容易でない。このような問題を解決する手段として、タッチパッドと指紋センサを一つのセンサで兼ね備えるシステムが、特許文献１により知られている。一般に指紋センサの読取り解像度は５００ＤＰＩ前後であり、１０００ＤＰＩ程度を有するタッチパッドと比較してそれほど高くない。特許文献１は、カーソル移動の際必要となる位置情報の取得に指紋センサを利用していることから、ポインティング精度が高くなく、システムとしては実用的でない。勿論、このシステムに高解像度の指紋センサを採用することも可能であるが、このようなセンサは高価であり回路も複雑になる。

高周波容量結合方式の線形配列センサ（ラインセンサ）を含むイメージセンサと、速度センサと、センサ回路とからなる指紋検出システムが特許文献２により知られているが、専用の速度センサ及びこのセンサの為の回路が必要であり、システムとして複雑高価となる。ここで高周波容量結合方式とは、指紋の凹凸に応じて２つの電極間における高周波の伝送特性が変化することを利用し指紋画像を得るものであるが、詳しくは後述する。

中空回転ローラ上に指を乗せて移動する際に、そのローラ内に配置された一次元ラインセンサからの出力データをバッファに順次記録させ、最後に記録された位置から一定量の前記出力データを読み出して指紋画像を生成する装置が特許文献３により知られている。

一対のローラ間にラインセンサが配置され、指の移動によりいずれかのローラの回転量に応じてパルス信号を生成し、この信号に同期して指紋の一次元方向のデータを順次読み込み、指紋画像を合成する指紋照合装置が特許文献４により知られている。

特開２００２−３５２２３４号公報 米国特許出願公報ＵＳ２００３／００３５５７０Ａ１ 特開２００５−２２２２２０号公報 特開２００４−３４４３４２号公報

本発明の課題は、既設又は新設のポインティングデバイスであるタッチパッドなど位置読取りデバイスを利用して、余分のスペースを使わず、そしてコストのかからないセンサとして一次元ラインセンサを使用する指紋などの画像読取り装置を提供することである。

上記目的を達成する為、本発明は、一次元ラインセンサを備えるフィルム状指紋センサと、前記指紋センサに積層され、物体が圧接移動する間、当該物体の位置情報を検知する位置読取りデバイスと、前記指紋センサからの出力データ及び前記位置読取りデバイスからの位置情報データをそれぞれ順次記録する記録手段と、前記出力データ及び前記位置情報データに基づいて物体の画像を合成する画像処理手段と、を具備していることを特徴とする。

本発明の画像読取り装置によれば、指紋センサのために余分な設置スペースを設けることなく、使い勝手がよく、またコストのかからない指紋などの画像読取り装置が得られる。
例えば、携帯型ＰＣの多くは、キーボードの下部にタッチパッドを搭載しており、キーボード上から大きく手を離すことなく、カーソル操作が行える。本発明では、指紋センサがタッチパッドと同位置に設置されていることから、指紋認証も同様にキーボードから大きく手を離すことなく行える。

本発明の画像読取り装置においては、携帯型ＰＣで汎用されるタッチパッドにフィルム状指紋センサが積層される。タッチパッドは静電容量方式、超音波表面弾性波方式などを含め種々の方式のものが実用化されているが、抵抗膜方式（アナログ抵抗膜方式）のものを使用し、一方指紋センサは、高周波容量結合方式の一次元ラインセンサを用いる。
なお、本明細書において積層とは、タッチパッド１０及び指紋センサ１２が互いに一体固定されている関係を示すだけではなく、それぞれが別個に取り外しができるなど単に上下に配置されている関係を示す。

本発明である画像読取り装置の使用に際しては、指をラインセンサのラインに直角な方向に移動させ、これと同時にタッチパッドデバイスにより指の位置情報を検知させる。この際、ラインセンサから経時的に出力される一次元データは、その都度バッファメモリに格納される。次に、前記一次元データをラインセンサに直角な軸方向に展開処理を行う画像処理手段によって、指紋画像が合成される。指の動きは下方のタッチパッドに伝達される必要があるため、指紋センサはフィルム状でフレキシブルであればよく、そのようなフォイル又はシートであってもよい。

また、本発明の画像読取り装置は、指紋画像の読取りだけでなく、カーソル操作にも使用される必要がある。この場合、タッチパッドデバイスのみを使用してカーソルを操作することとなる。

本発明の好適な実施例は図面に基づいて説明されるが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
図１はその一実施例を示したブロック構成図であり、図２は携帯型ＰＣの入力部を概略的に示した模式図、図３は本発明である画像読取り装置の使用方法に関する機能モード切替遷移図である。
図２に示すように、ポインティングデバイスであるタッチパッド１０の上にフィルム状指紋センサ１２を積層することにより携帯型ＰＣの限られたスペースを有効に活用する。
タッチパッド１０は上述の通り種々の方式のものが実用化されているが、本実施例では抵抗膜方式（アナログ抵抗膜方式）を採用した。指紋センサ１２は、この表面上に載せられた指の指紋をデータとして取り込むためのものであり、エリアセンサでもよいが、コスト、製造の容易さの点でラインセンサであることが好ましく、本実施例では高周波容量結合方式の一次元ラインセンサを用いる。

ここで指紋センサに採用する高周波容量結合方式とは、上述の通り、指紋の凹凸に応じて２つの電極間における高周波の伝送特性が変化することを利用して指紋画像を得るものである。詳述すると、一次元のデータを得る為に、指紋センサは画素数に応じた多数の電極を備え、これに所定の高周波パルスを順次印加することで指の一次元凹凸情報が指の幅方向に沿って取得できる。指をラインセンサのラインに垂直な方向に移動させると、この一次元データが、順次指の移動方向に応じて経時的に得られる。この一次元データを指の二次元画像として合成することについては後述する。また、この方式を使用する場合、指紋センサはこの下方に配置されたタッチパッドに指の置かれた位置を伝えられる程度にフレキシブルである必要がある。これは、上述した電極配線パターンを、３０〜２００ミクロン程度の厚さのポリエステル、ポリイミド等のプラスチックフィルムによる可撓性基板上に公知の技術で形成することにより実現される。

一方、タッチパッドに使用する抵抗膜方式とは、次のようなものである。
ＩＴＯなどの透明導電膜が設けられた素材（主にフィルムやガラス）が、上下にドットスペーサと呼ばれる絶縁体を介して、向い合う方向に貼り合わせられている。指、或いはペンでＩＴＯを押下した際、押下した位置の上下ＩＴＯ同士が接触し、これに引き起こされる透明電極における抵抗の分圧比を測定することにより、押下位置を検出する。上下ＩＴＯ間に設けられたドットスペーサは、未入力時におけるショートを防止している。

さて、図１のブロック構成例によれば、画像読取り装置３０はキー入力部１４、タッチパッド１０、指紋センサ１２及びコントローラ１８とに大別され、コントローラ１８は主制御器であるＣＰＵ１６と、これにそれぞれ接続されるタッチパッド制御部１０ｃ、指紋センサ制御部１２ｃ、記録部２０、画像処理部２２、ＲＡＭ２４及びＲＯＭ２６からなる。なお、後述するタッチパッドの機能モードと指紋画像読取りの機能モードを切替えて使用するためにキー制御部１４ｃがＣＰＵ１６に接続されている。ＲＡＭ２４及びＲＯＭ２６はプログラムなどが格納される。コントローラ１８はインタフェース３２、例えばＵＳＢやＵＡＲＴなどの汎用インタフェースを介してＰＣ４０に接続される。

次に、この画像読取り装置を用いて指紋画像データを得るプロセス例を説明する。指をライン状の指紋センサ１２に対し直角な方向に圧接移動させて指の一次元データを得ると共に、タッチパッド１０により指の位置情報を検知させる。この際、指紋センサ１２から経時的に出力される一次元データは、時間の関数として記録部２０にその都度格納される。一方、指の位置情報もタッチパッド１０から出力され、時間の関数として記録部２０に格納される。次に、これら２つの情報から画像処理部２２により、二次元指紋画像が合成される。
いま、ラインセンサのラインに平行となる方向をｘ軸、これと垂直な方向（すなわち指の移動方向）をｙ軸とする。時刻ｔにおいて、指紋センサ１２で読み取られた一次元データは、画素数（電極数）をＮとしＦ（ｔ，ｉ）、ただしｉ＝１，２，．．．Ｎと書ける。パラメータｉは一次元センサ中の位置を特定するもので、合成される画像中のｘ座標に対応する。このＮ個のデータ列は、時間インターバル毎に記録部２０に格納される。一方、時刻ｔにおける指の位置情報もｘ、ｙ座標それぞれｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）としてタッチパッド１０により読み取られ、時間インターバル毎に記録部２０に格納される。ここで、指の移動は概ねｙ軸方向であり、ｘ軸方向への移動は、画像を合成する際の補正データとして扱う。画像処理部２２では、時刻ｔにおけるｙ座標の値を用いて、格納された一次元データを、Ｆ（ｙ，ｉ）として展開し直すことにより、指紋センサ１２で取得された一次元データから指紋画像が得られることとなる。なお、上述の様に指の幅方向のパラメータｉの値は二次元画像においてｘ 座標値に対応しているが、指がｘ軸方向にずれて移動した場合、ｘ座標の時間変化ｘ（ｔ）のデータを用いて補正することとなる。
指紋画像データは、一回の取り込み合成を終了した時点でホスト４０側に送られる。

上記の実施例で説明した記録部２０は、前記した課題解決手段の項に記載の記録手段に相当し、画像処理部２２は、同項に記載の画像処理手段に相当するものである。

通常のＰＣ操作において、指紋センサによる指紋読取りとマウス等のポインティングデバイスによるカーソル操作は、それぞれ独立して行われる。この為、本発明の画像読取り装置にかかる使用方法は、画像読取り機能モード及び位置読取り機能モードを有し、切り替え信号によりこれら２つのモードを必要に応じて排他的に動作させる。例えば、ログイン時など指紋認証が必要な場合は、画像読取り機能モードが起動し、これ以外はカーソル操作が行えるよう位置読取り機能モードとすることができる。

ここで位置読取り機能モードにおいては、タッチパッド１０から得られる指の位置情報を取得し、これをマウス動作と同等な信号に変換してホスト４０にデータを流す。一方、画像読取り機能モードにおいては、指紋センサ１２から得られる一次元データと、タッチパッド１０から得られる位置情報データとを用いて二次元指紋画像を合成する。

上記２つのモードを切り替える手段として、特定のキー繰作（例えば、シフトキーを５回連続押すなど）、或いは特定のキー割当（例えば、ファンクションキーを押すなど）などにより、キー制御部１４ｃから出力される切り替え信号をトリガとすることが考えられる。また、この切り替え信号は、アプリケーションとの関連付けにより、或いはＢＩＯＳなどのより低レベルなトリガによっても生成され得る。

このようなモード切替の状態遷移を図３に示す。携帯型ＰＣ起動時に、画像読取り装置のＲＡＭ初期化など各種初期化を実施し、この後、位置読取り機能モードに遷移する。このモードが基本モードとなり、何らかのトリガがない限りは、位置読取り機能モードで動作する。アプリケーション等のモード切替トリガにより、位置読取り機能モードから画像読取り機能モードに遷移する。指紋センサによる認証が完了すると、これがモード切替トリガとなり再び位置読取り機能モードに遷移する。

上述した実施形態では、上方に指紋センサ、下方にタッチパッドを積層する構成としたが、指紋の凹凸情報がタッチパッドの厚みを越えて伝えられるものであれば、上方にタッチパッド、下方に指紋センサという構成も可能である。

また、上述の実施例では物体を指とした指紋読取り装置について説明したが、紙面に記録された文字や絵などの画像を読取ることも、本発明により可能である。

本発明の画像読取り装置の一実施例を示したブロック構成図。 本発明の画像読取り装置を応用した携帯型ＰＣの入力部を概略的に示した模式図。 本発明の画像読取り装置の使用方法に関するモード切替遷移図。

符号の説明

１０ タッチパッド １２ 指紋センサ
１４ キー入力部 １６ ＣＰＵ
１８ コントローラ ２０ 記録部
２２ 画像処理部 ２４ ＲＡＭ
２６ ＲＯＭ ３０ 画像読取り装置
３２ インタフェース ４０ ＰＣ

Claims (4)

1. 一次元ラインセンサを備えるフィルム状指紋センサと、
   前記指紋センサに積層され、物体が圧接移動する間、当該物体の位置情報を検知する位置読取りデバイスと、
   前記指紋センサからの出力データ及び前記位置読取りデバイスからの位置情報データをそれぞれ順次記録する記録手段と、
   前記出力データ及び前記位置情報データに基づいて物体の画像を合成する画像処理手段
   とを具備していることを特徴とする、画像読取り装置。
2. 位置読取りデバイスがタッチパッドであることを特徴とする、請求項１に記載の画像読取り装置。
3. フィルム状指紋センサが、高周波容量結合方式であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の画像読取り装置。
4. 位置読取り機能モードと画像読取り機能モードを有し、切替え信号により前記２つのモード間を遷移させることを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の画像読取り装置の使用方法。

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