JP2008287639A - Optical fingerprint reading apparatus and personal authentication system using same - Google Patents
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Description
本発明は、照明手段から光を指に照射し、指先内部からの散乱光線を、固体撮像素子で受光する光学式指紋読み取り装置及びこれを用いた個人認証システムに関する。 The present invention relates to an optical fingerprint reader that irradiates a finger with light from illumination means and receives scattered light from the inside of the fingertip with a solid-state imaging device, and a personal authentication system using the same.
近年、情報技術の著しい進歩によって電子商取引等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法として、従来から指紋画像を読み取る装置により指紋画像を取得し、登録画像と比較する方法が多く用いられている。 In recent years, as economic activities such as electronic commerce spread due to remarkable progress in information technology, the necessity of digitizing personal authentication for the purpose of preventing unauthorized use of information is also increasing. Conventionally, as a method for digitizing personal authentication, a method of acquiring a fingerprint image by a device that reads the fingerprint image and comparing it with a registered image has been widely used.
特許文献1等に開示さている指紋を画像を読み取る装置は、プリズムアレイ上に載置した指に、下方から光源手段によりプリズムアレイを介して光を照射し、反射光をレンズにより集光して撮像手段により指紋画像が撮像される。この装置は形状が大きくなり、また、樹脂等で型どりをした偽造指紋を判別することができない等の難点があった。 An apparatus for reading an image of a fingerprint disclosed in Patent Document 1 or the like irradiates a finger placed on a prism array with light from below through a prism array by light source means, and collects reflected light by a lens. A fingerprint image is picked up by the image pickup means. This apparatus has a problem that it is large in shape and cannot detect forged fingerprints shaped with resin or the like.
上記した点を改善した小型でかつ信頼性の高い指紋読み取り装置が特許文献2に開示されている。この装置は、二次元固体撮像素子を有するイメージセンサの表面近傍に指を接触させておき、イメージセンサの側部で指の下側に配置された光源から指に近赤外光線を照射し、指先内部からの散乱光を受光するものである。 A small-sized and highly reliable fingerprint reading apparatus that improves the above-described points is disclosed in Patent Document 2. This device keeps a finger in contact with the vicinity of the surface of an image sensor having a two-dimensional solid-state image sensor, irradiates the finger with near infrared rays from a light source arranged on the lower side of the finger on the side of the image sensor, It receives scattered light from inside the fingertip.
また、他方で低コスト・小型化を実現するために、指先と固体撮像素子との位置を相対的に移動させ、その移動する指先の連続した部分画像を、画像合成によって、指先全体の画像を得るスイープ型の装置が提案されている(例えば、特許文献3、4等参照)。この装置によれば、これまで指の大きさ程度の面積が必要だった二次元配列の固体撮像素子が指の幅だけで済むため、固体撮像素子及びファイバーオプティクス・プレートなどを使用した保護部材が安価となる。上記の光学方式の他にこのスイープ型では、静電容量方式、熱検知方式などの読み取り方式も知られている。
しかしながら、上述した従来例の装置では、小型化、低価格化を実現する場合、以下の問題点がある。 However, the above-described conventional apparatus has the following problems when realizing miniaturization and price reduction.
1)光学方式の場合には、照明手段と固体撮像素子とが、近接すると、その不要光が固体撮像素子に入射してしまい安定且つ鮮明な指紋画像が得られない。そのため、固体撮像素子と照明手段を近づけたり、並置したりすることに限界があり、市場に要望されている小型化の妨げとなっていた。 1) In the case of the optical system, if the illumination unit and the solid-state image sensor are close to each other, the unnecessary light enters the solid-state image sensor, and a stable and clear fingerprint image cannot be obtained. For this reason, there is a limit in bringing the solid-state imaging device and the illumination means close to each other or juxtaposing them, which hinders downsizing required in the market.
2)また、頻繁な指先や異物での押圧で、読取面や照明手段などを傷つけたり、最悪の場合破損してしまうおそれがある。 2) Further, there is a risk that the reading surface or the illumination means may be damaged or damaged in the worst case by frequent pressing with a fingertip or a foreign object.
3)指先を移動させる方式の場合、平坦部分が少ないと、指先の移動が不規則な速度となるスティッキングが発生しやすく、安定な画像を得られない。 3) In the method of moving the fingertip, if there are few flat portions, sticking is likely to occur at an irregular speed, and a stable image cannot be obtained.
上記問題点1)〜3)に関して、従来の方法では、十分な対策がとられていなかった。また、前述の特許文献1〜4においても、そのような具体的な対策についての説明は全く記載されていないか、十分とは言えないものであった。例えば、特許文献2の装置においては、イメージセンサと光源を接近させると、固体撮像素子への不要光の入射は避けられない。 With regard to the above problems 1) to 3), sufficient measures have not been taken in the conventional method. Moreover, also in the above-mentioned patent documents 1-4, the description about such a concrete countermeasure is not described at all, or it cannot be said that it is enough. For example, in the apparatus of Patent Document 2, if an image sensor and a light source are brought close to each other, incidence of unnecessary light on a solid-state imaging element is inevitable.
本発明は、かかる問題に鑑みなされたもので、従来の装置より更に小型化を実現し、安定で精細な画像を得られる光学式指紋読み取り装置を安価に提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an optical fingerprint reader that can achieve further downsizing and obtain a stable and fine image at a low cost.
上記課題を解決するため、本発明の指紋読み取り装置は、照明手段からの光を指に照射し、指内部からの散乱光を固体撮像素子で受光して指の指紋画像を読み取る光学式指紋読み取り装置において、前記固体撮像素子が配置される固体撮像素子基板及び前記照明手段は、配線基板上に並置され、発光素子が第一の樹脂で封止されている前記照明手段は、前記第一の樹脂より光の透過率が低い第二の樹脂で更に封止され、第二の樹脂の厚みは、前記照明手段から指への光照射方向に対しては第一の樹脂よりも薄く、それ以外の方向には第一の樹脂よりも厚くし、指に照射される光以外の不要光を前記固体撮像素子に対して遮光したことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the fingerprint reader of the present invention is an optical fingerprint reader that irradiates a finger with light from illumination means and receives a scattered light from the inside of the finger with a solid-state imaging device to read a fingerprint image of the finger. In the apparatus, the solid-state imaging device substrate on which the solid-state imaging device is disposed and the illuminating unit are juxtaposed on the wiring board, and the illuminating unit in which the light-emitting element is sealed with the first resin is the first illuminating unit. Further sealed with a second resin whose light transmittance is lower than that of the resin, and the thickness of the second resin is thinner than that of the first resin in the light irradiation direction from the illumination means to the finger. In this direction, it is thicker than the first resin, and unnecessary light other than the light applied to the finger is shielded from the solid-state imaging device.
本発明において、配線基板上に固体撮像素子基板及び照明手段を並置し、同時に不要光が固体撮像素子へ入射するのを防いでいる。 In the present invention, the solid-state imaging device substrate and the illumination means are juxtaposed on the wiring substrate, and at the same time, unnecessary light is prevented from entering the solid-state imaging device.
これにより、従来の装置以上に小型であり、安定で精細な画像を得られる光学式指紋読み取り装置を安価に提供することができる。 Accordingly, it is possible to provide an optical fingerprint reading apparatus that is smaller than a conventional apparatus and that can obtain a stable and fine image at a low cost.
以下、本発明にかかる指紋読み取り装置の実施の形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of a fingerprint reading apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第一の実施形態)
図1は、本実施形態にかかる指紋読み取り装置を示す断面図であり、図2は、その照明手段の封止樹脂を説明するための断面図を示す。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a fingerprint reading apparatus according to the present embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a sealing resin of the illumination means.
図1及び図2に示す指紋読み取り装置は、固体撮像素子に対して指を移動させることによって指紋画像を読み取るタイプ(スイープ型)を示している。本実施形態では、配線基板3上に固体撮像素子基板1及び、照明手段として赤外/近赤外光のLEDパッケージ10が並置されている。同一の配線基板3に該固体撮像素子基板1とLEDパッケージ10を近接して配置することにより、小型化ならびに低コスト化が図られる。
The fingerprint reading device shown in FIGS. 1 and 2 is of a type (sweep type) that reads a fingerprint image by moving a finger relative to a solid-state imaging device. In the present embodiment, a solid-state imaging device substrate 1 and an infrared / near-
固体撮像素子基板1には、一次元のライン状に配置される固体撮像素子1aが複数個搭載される。 A plurality of solid-state image sensors 1 a arranged in a one-dimensional line shape are mounted on the solid-state image sensor substrate 1.
固体撮像素子基板1は、指20の移動領域外(例えば、長手両端部:紙面奥方向)にAuワイヤ等を介して配線基板3上の配線3aに電気的に接続されている(不図示)。 The solid-state image pickup device substrate 1 is electrically connected to the wiring 3a on the wiring substrate 3 via an Au wire or the like outside the moving region of the finger 20 (for example, both longitudinal end portions in the back direction of the paper) (not shown). .
固体撮像素子基板1の上は、指20が接触する読み取り面に層状の保護部材30が配置されている。保護部材30の材料としては、ガラス、SiO2薄膜、SiON薄膜、ファイバーオプティカルプレートなどが使用可能である。特に低価格化のためには、シリコン基板が好適である。シリコン基板は、バックグラインドもしくはバックラッピングによって、所望の厚みに加工可能である。これらを赤外/近赤外を透過する接着剤にて、固体撮像素子基板1の固体撮像素子1a上に接着する。 On the solid-state image pickup device substrate 1, a layered protective member 30 is disposed on the reading surface with which the finger 20 contacts. As a material for the protective member 30, glass, SiO 2 thin film, SiON thin film, fiber optical plate, or the like can be used. In particular, a silicon substrate is suitable for reducing the price. The silicon substrate can be processed to a desired thickness by back grinding or back lapping. These are bonded onto the solid-state image sensor 1a of the solid-state image sensor substrate 1 with an adhesive that transmits infrared / near infrared.
LEDパッケージ10は、前述のとおり発光素子である赤外光及び/又は近赤外光を発光するLEDチップ10aをLED基板10c上に配置し、ワイヤ10bにて電気的に接続し、LEDチップ10aの発光波長を透過する第一の樹脂13にて封止されている。
In the
第一の樹脂13は、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコーン樹脂、液晶ポリマー樹脂などが利用可能である。 As the first resin 13, an acrylic resin, an epoxy resin, a urethane resin, a silicone resin, a liquid crystal polymer resin, or the like can be used.
このLEDパッケージ10は、配線基板3に半田や導電ペーストを使用して実装されている。
The
本発明では、このLEDパッケージ10以外にも、次のような封止の仕方でも同様の効果が期待できる。すなわち、配線基板3に直接LEDチップ10aを導電ペースト等でダイボンディングし、ワイヤ10bにて、LEDチップ10aと配線基板3の配線3aに電気的に接続した後、第一の樹脂13で封止する。
In the present invention, in addition to the
第二の樹脂14は、第一の樹脂13にて封止されているLEDパッケージ10を更に封止するものであり、成型や塗布・印刷などによって配置することができる。特に生産性のある成型による方法については、保護部材30を露出させつつ、周囲を封止している。このため、FAM(Film Assisted Molding)という、フィルムを金型と保護部材30との間に挟んで、厚みを吸収して、且つ離型性も確保するという方法が好適である。この方法によれば、保護部材30と第二の樹脂14との指滑走面での段差は、100μm以下に設定できる。したがって、保護部材30と第二の樹脂14は、指の滑走を阻害しない同一平面と言って良い連続面を作ることができる。
The second resin 14 further seals the
第二の樹脂14は、固体撮像素子基板1と保護部材30の側面部を覆い、少なくともLEDチップ10aからの不要光をカットする遮光性の樹脂を使用する。この樹脂として、顔料・染料などを混入したエポキシ、シリコーン、アクリル樹脂などが使用可能である。 The second resin 14 uses a light-shielding resin that covers the side surfaces of the solid-state imaging device substrate 1 and the protection member 30 and cuts at least unnecessary light from the LED chip 10a. As this resin, it is possible to use epoxy, silicone, acrylic resin mixed with pigment / dye and the like.
図2において、第二の樹脂14は、第一の樹脂13よりも光の透過率が低く、指20への光照射方向の第二の樹脂14の厚みA2は、第一の樹脂13の厚みA1よりも薄い。また不要光をカットしたい、それ以外の方向の第二の樹脂14の厚みB2は、第一の樹脂厚みB1よりも厚く設定されている。これにより指に照射される光以外の不要光は樹脂厚みB2の間で吸収され、固体撮像素子1aへの進入を防止できる。一方で指20への照射方向では、第二の樹脂14に吸収はされるものの、その比率は厚みA2に依存して透過するため低くなる。 In FIG. 2, the second resin 14 has a light transmittance lower than that of the first resin 13, and the thickness A <b> 2 of the second resin 14 in the light irradiation direction to the finger 20 is the thickness of the first resin 13. Thinner than A1. Further, the thickness B2 of the second resin 14 in the other direction in which unnecessary light is desired to be cut is set to be thicker than the first resin thickness B1. Thereby, unnecessary light other than the light irradiated to the finger is absorbed between the resin thicknesses B2, and can be prevented from entering the solid-state imaging device 1a. On the other hand, in the irradiation direction to the finger 20, although absorbed by the second resin 14, the ratio is low because it penetrates depending on the thickness A <b> 2.
指紋画像は次のように読み取られる。 The fingerprint image is read as follows.
指20を第二の樹脂14と保護部材30の表面に置き、固体撮像素子1aのラインに直角に指を移動する。光の照射面である第二の樹脂14の表面と、読み取り面である保護部材30の表面は、同一平面のような連続面となっている。 The finger 20 is placed on the surface of the second resin 14 and the protection member 30, and the finger is moved at a right angle to the line of the solid-state imaging device 1a. The surface of the second resin 14 that is the light irradiation surface and the surface of the protective member 30 that is the reading surface are continuous surfaces such as the same plane.
LEDパッケージ10から発した光は、指20への入射光11となり、指内部からの散乱光12は、固体撮像素子1aで受光し指20の指紋画像が読み取られる。
Light emitted from the
本実施形態によれば、
1)LEDチップ10aからの不要光が、固体撮像素子1aに入射しないため、 より鮮明な画像を得ることができる。
According to this embodiment,
1) Since unnecessary light from the LED chip 10a does not enter the solid-state imaging device 1a, a clearer image can be obtained.
2)これにより固体撮像素子1aと照射手段であるLEDチップ10aとを近接することが可能となるため、従来にもまして小型化を図ることができる。 2) This makes it possible to bring the solid-state imaging device 1a and the LED chip 10a, which is an irradiating means, close to each other.
3)LEDパッケージ10を、第二の樹脂14で覆うことによって、読み取り面と照射面との連続面を作ることができ、指先の移動が不規則な速度となるスティッキングの発生がしづらい、安定な画像を得られる。
3) By covering the
4)LEDパッケージ10及び固体撮像素子基板1を、直接指20で触らなくなるため、傷つけや破損を防止できる。
4) Since the
(第二の実施形態)
図3は、本実施形態に係る指紋読み取り装置を示す断面図であり、図4は、その斜視図を示す。
(Second embodiment)
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the fingerprint reading apparatus according to this embodiment, and FIG. 4 is a perspective view thereof.
図3及び図4に示す指紋読み取り装置は、前述の第一の実施形態(図1及び図2参照)と同様の全体構成を有するが、固体撮像素子1aが二次元に複数個配置されたいわゆるエリア型の指紋読み取り装置である。 The fingerprint reading apparatus shown in FIGS. 3 and 4 has the same overall configuration as that of the first embodiment (see FIGS. 1 and 2), but is a so-called two-dimensionally arranged solid-state imaging device 1a. This is an area-type fingerprint reader.
本構成では、指20を固体撮像素子1aに対応する保護部材30上に置くことで、指20を動かさずに静止し、指紋20aの画像を一括して入手できるものである。 In this configuration, by placing the finger 20 on the protective member 30 corresponding to the solid-state imaging device 1a, the finger 20 is stationary without moving, and the image of the fingerprint 20a can be obtained collectively.
固体撮像素子基板1と配線基板3とは、電気的接続部分であるワイヤ21で電気的に接続されている。その封止を兼用して、第二の樹脂14で一括して覆った構造であり、第一の実施形態と同様に、保護部材30を露出しながら成型可能なFAMが適用可能である。 The solid-state imaging device substrate 1 and the wiring substrate 3 are electrically connected by a wire 21 that is an electrical connection portion. The FAM can also be used for sealing and is collectively covered with the second resin 14. As in the first embodiment, a FAM that can be molded while exposing the protective member 30 is applicable.
本実施形態の場合、固体撮像素子1aは矩形をなすため、その周辺に照明手段としてのLEDパッケージ10を複数個配置する必要がある。指20の大きさや向きに対応した照明を指に照射する必要があるためである。
In the case of this embodiment, since the solid-state imaging device 1a is rectangular, it is necessary to arrange a plurality of
したがって本実施形態によれば、上記第一の実施形態の効果に加えて、
1)ワイヤ21の封止を、LEDパッケージ10を第二の樹脂14で覆うことと合わせて行えるため、小型化・低価格な指紋読み取り装置を提供可能である。
Therefore, according to the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment,
1) Since the sealing of the wire 21 can be performed together with covering the
2)指20への照明手段が近接できるため、エリア型で発生しやすい照明の分布(シェーディング)を抑えることが可能となり、より一層の安定且つ鮮明な指紋画像を得ることが出来る。 2) Since the illumination means can be brought close to the finger 20, it is possible to suppress the illumination distribution (shading) that is likely to occur in the area type, and a more stable and clear fingerprint image can be obtained.
(第三の実施形態)
次に、上記の指紋読み取り装置を用いた個人認証システムの実施形態を、図面を参照して説明する。
(Third embodiment)
Next, an embodiment of a personal authentication system using the above fingerprint reader will be described with reference to the drawings.
図5は、本発明の第三の実施形態に係る指紋読み取り装置を用いた個人認証システムの構成を示すブロック図である。図6は、同指紋読み取り装置の周辺回路部の構成を示すブロック図である。 FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a personal authentication system using a fingerprint reading apparatus according to the third embodiment of the present invention. FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a peripheral circuit unit of the fingerprint reading device.
図5に示す個人認証システムは、固体撮像素子1aから構成される撮像部101、その周辺回路部102、LEDチップ10に搭載されるLED103を有する指紋読み取り装置100と、この指紋読み取り装置100に接続される指紋照合装置200とを備える。
The personal authentication system shown in FIG. 5 is connected to the
図6に示す周辺回路部102は、前述の固体撮像素子基板1上等に形成されている。周辺回路部102の詳細は次のとおりである。
The
制御回路(駆動回路)1021は撮像部101の動作を制御する。A/Dコンバータ1023は、撮像部101から出力される指の指紋に関する画像に応じたアナログ撮像信号を、クランプ回路1022を介しアナログ信号からデジタル信号に変換する。通信制御回路1024は、変換されたデジタル信号を指紋の画像信号として外部の装置(インターフェースなど)にデータ通信するための回路であり、レジスタ1025が接続される。LED制御回路1026はLED103の発光を制御する。タイミング発生器1028は、外部の発振子1027から供給される基準パルスに基づき上記回路1021〜1026の動作タイミングを制御する制御パルスを発生する。周辺回路部102を含む回路は、上記に限らず、別種の回路を含めてもよい。他方、上記の回路の一部を不図示の別チップとしてもよい。
A control circuit (drive circuit) 1021 controls the operation of the
図5に示す指紋照合装置200において、入力インターフェース111は、周辺回路部102の通信制御部から出力される通信データが入力される。この入力インターフェース111には画像処理部(指紋照合手段)112が接続され、この画像処理部112には指紋画像データベース(指紋登録手段)113、出力インターフェース114が接続される。出力インターフェース114は、使用やログイン等に際しセキュリティ確保等のため個人認証が必要とされる電子機器(ソフトウエアも含む)に接続される。
In the
ここで、指紋画像データベース113には、予め個人認証すべき対象者の識別情報として指の指紋画像が登録されている。ここでの対象者は、一人でも複数人でも構わない。対象者の指紋画像は、対象者の個人認証情報として、初期設定時や対象者追加時などに予め指紋読み取り装置100から入力インターフェース111を介し入力される。
Here, a fingerprint image of a finger is registered in advance in the fingerprint image database 113 as identification information of a subject to be personally authenticated. The target person here may be one person or multiple persons. The fingerprint image of the target person is input in advance as the personal authentication information of the target person from the
画像処理部112は、指紋読み取り装置100により読み取られた指紋画像を、入力インターフェース111を介し入力し、指紋画像データベース113の登録画像と一致するか否かを既知の指紋照合用画像処理アルゴリズムを基に照合する。その照合結果(指紋一致又は不一致)を個人認証信号として出力インターフェース114を介し出力する。
The
なお、この例では、指紋読み取り装置100と指紋照合装置200を別デバイスで構成しているが、本発明はこれに限らず、必要に応じ指紋照合装置200の少なくとも一部の機能を指紋読み取り装置100の周辺回路部102内に一体に構成してもよい。また、この例の個人認証システムは、個人認証が必要とされる電子機器内に一体に組み込んで構成しても、電子機器と別体で構成しても構わない。
In this example, the
1…固体撮像素子基板
1a…固体撮像素子
3…配線基板
3a…配線
4…封止樹脂
10…LEDパッケージ
10a…LEDチップ
10b…ワイヤ
10c…LED基板
11…入射光
12…散乱光
13…第一の樹脂
14…第二の樹脂
20…指
20a…指紋
21…ワイヤ
30…保護部材
1 ... Solid-state image sensor substrate
1a: Solid-state image sensor
3. Wiring board
3a ... Wiring
4 ... Sealing resin
10 ... LED package
10a ... LED chip
10b ... Wire
10c ... LED substrate
11 ... Incident light
12 ... scattered light
13: First resin
14 ... Second resin
20 ... finger
20a ... fingerprint
21 ... Wire
30 ... Protective member
Claims (10)
前記固体撮像素子が配置される固体撮像素子基板及び前記照明手段は、配線基板上に並置され、
発光素子が第一の樹脂で封止されている前記照明手段は、前記第一の樹脂より光の透過率が低い第二の樹脂で更に封止され、
第二の樹脂の厚みは、前記照明手段から指への光照射方向に対しては第一の樹脂よりも薄く、それ以外の方向には第一の樹脂よりも厚くし、指に照射される光以外の不要光を前記固体撮像素子に対して遮光したことを特徴とする光学式指紋読み取り装置。 In an optical fingerprint reader that irradiates a finger with light from the illumination means, receives scattered light from the inside of the finger with a solid-state imaging device, and reads a fingerprint image of the finger,
The solid-state image sensor substrate on which the solid-state image sensor is disposed and the illumination unit are juxtaposed on a wiring board,
The lighting means in which the light emitting element is sealed with the first resin is further sealed with a second resin having a light transmittance lower than that of the first resin,
The thickness of the second resin is thinner than the first resin in the light irradiation direction from the illumination means to the finger, and thicker than the first resin in the other directions, and is applied to the finger. An optical fingerprint reader characterized in that unnecessary light other than light is shielded against the solid-state image sensor.
前記指紋読み取り装置により読み取られた前記指の指紋画像と前記指紋登録手段の登録画像とが一致するか否かを照合し、その照合結果を個人認証信号として出力する指紋照合手段とを更に備えたことを特徴とする個人認証システム。 Fingerprint registration means for previously registering a fingerprint image of a finger read by the optical fingerprint reading device according to claim 1 as identification information of a subject;
Fingerprint collation means for collating whether or not the fingerprint image of the finger read by the fingerprint reading device matches the registration image of the fingerprint registration means, and outputting the collation result as a personal authentication signal is further provided. A personal authentication system characterized by that.
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Legal Events
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