JP3007714B2 - 指紋検出装置 - Google Patents

指紋検出装置

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    • G06V40/13—Sensors therefor
    • G06V40/1306—Sensors therefor non-optical, e.g. ultrasonic or capacitive sensing

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は指紋認識シテスム、特に
斯るシステム用の指紋検出方法及び装置に関するもので
ある。指紋認識はビルディング、コンピュータ等に対す
るアクセス制御のような高度セキュリティーシステムか
ら従来のロックや錠の代用の如き低度セキュリティーシ
テスムまでの多くの用途のために提案されている。この
ようなシステムの主な利点は使い易く便利であり、錠や
個人識別番号等が不要であり、且つ不正使用されにくい
点にある。このシステムにとって重要な部分は指紋検出
装置であり、この装置でピックアップした指紋の表示の
質が認証に必要とされる認識能力及び処理量に影響す
る。
【０００２】
【従来の技術】指紋検出装置の既知の例は光学式検出方
法によっている。簡単な光学式検出方法では指紋の写真
像を提示することにより不正使用が可能である。もっと
安全且つ一般的な方法はフラストレイテッドトータルレ
フレクションを有するガラスプリズムを用いるものであ
る。光をこのプリズムの一つの面から入射させ、第２面
で反射させ、第３面から射出させる。指を第２面上に置
くと、指がガラスと接触する点、即ち指紋の隆起部にお
いて反射が起こらなくなる。指紋の溝部では光は反射し
つづける。第３面からの光をイメージセンサでピックア
ップする。これにより指先のガラスと接触する部分が
黒、残部が白を示すバイナリイメージを得ることができ
る。しかし、このような光学式検出装置はいくつかの欠
点を有する。例えば、この装置は比較的大形になる。更
に接触面をきれいに保ち、ほこりや油の付着がないよう
にする必要がある。更に、ある人は他の人より乾いた指
を持つため及び殆どの人の指は寒い天候のとき乾くため
問題が起こり得る。即ち乾いた指は実際上ガラスとの接
触点が湿った指よりも遥かに少なくなり、その結果とし
て指紋の線が少数の点の列で現われるため多量の画像処
理が必要になる。
【０００３】指紋センサの他の例が米国特許第４３５３
０５６号に提案されており、このセンサは容量式検出方
法を用いる。このセンサはキャパシタの２次元（行及び
列）アレイを有し、各キャパシタは検出部材内に支持さ
れ絶縁膜で被覆された所定間隔の１対の電極を具える。
このセンサはこの上に置かれた指により生じた検出部材
の変形により指紋の隆起部及び溝部のパターンに応じて
キャパシタ電極間の間隔及び従ってキャパシタのキャパ
シタンスに局部的変化が生ずるようにしたものである。
一構成例では、各列のキャパシタを直列に接続すると共
に、これらキャパシタの列を並列に接続し、電圧をこれ
ら列の両端間に供給する。他の構成例では電圧をアレイ
内の個々のキャパシタに供給する。両構成例における指
紋検出は局部的変形により生ずる直列接続キャパシタに
おける電圧分布の変化を検出することにより、又は局部
的変形により生ずる個々のキャパシタンスの電圧値を測
定することにより達成される。これを達成するためには
検出回路から各キャパシタへの個々の電気接続が必要と
される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述のセンサは光学的
検出技術を用いるタイプのセンサと関連する問題を避け
ることができるが、このセンサは変形に基づくものであ
って弾性材料の使用を必要とするため、耐久性及び信頼
性に問題がある。更に、アレイ内の個々のキャパシタへ
の個別の接続を設ける必要があるため極めて多数の接続
ラインを必要とする。これは検出部材の製造及び検出回
路との相互接続において困難を生ずる。更に、実際には
多数の接続は漂遊容量のために動作困難も発生し得る。
【０００５】本発明の目的は上述した問題が少なくとも
ある程度解消された容量式検出方法を用いる検出装置を
提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の特徴は、
駆動回路に接続された検出素子のアレイを具え、各検出
素子は検出電極を具え、これら検出電極を誘電体材料で
被覆して指紋を検出すべき指を置く検出表面を構成して
成る指紋検出装置において、各検出素子にその検出電極
に接続されたスイッチング素子を設け、各検出素子を前
記駆動回路によりアクティブアドレスしそのスイッチン
グ素子を動作させてその検出電極に所定の電圧を供給し
得るようにし、且つ当該検出装置には更に指が前記検出
表面上に置かれたとき指表面の各部とそれぞれの検出電
極とにより形成されるキャパシタンスを検出する検出手
段を設けたことを特徴とする。
【０００７】各検出素子にスイッチング素子を設けるこ
とにより可能になる検出素子のアクティブアドレッシン
グはアレイの駆動を著しく簡単化し、後に明らかとなる
ように必要とされるアドレス導体の数を著しく減少させ
ることができる。
【０００８】使用中、各検出電極とその上方の指表面の
各部とは各別のキャパシタを形成し、それらのキャパシ
タンスを検出する。検出表面が単に誘電体材料層の表面
により構成されているものとすると、この場合には指が
誘電体層の表面上に置かれると、指紋の隆起部がこの表
面と接触或いは少なくとも近接するが、指紋の溝部は誘
電体層の表面から遠く離れる。このとき各検出電極とこ
れを覆う指表面部分とによりキャパシタが形成される。
即ち電極と指表面部分がキャパシタの対向極板を構成
し、指表面は接地電位にある。誘電体層の表面と接触す
る指表面部分、即ち隆起部ではキャパシタの両極板は誘
電体層の厚さだけ離間され、誘電体層の表面と接触しな
い指表面部分、即ち溝部ではキャパシタの両極板は誘電
体層の厚さと指表面部分と誘電体層の表面との間の空隙
の厚さとの和だけ離間される。これがため、アレイの表
面に沿って、指表面各部の誘電体層表面からの距離の変
化及び従って指紋の３次元隆起線パターンを表わすキャ
パシタンスの変化パターンが得られる。アレイの検出素
子の変形は不要である。これらキャパシタンスの変化を
測定することにより指紋パターンの電子的表示又はイメ
ージを得ることができる。この表示は、上述した光学的
検出装置により与えられる単なる２次元表示と比較する
と、指紋パターンの３次元形状を表わす。同時に、容量
式検出方法であるため検出表面上に通常の環境で存在す
るほこりや油又は乾燥した指の影響を受けない。
【０００９】誘電体材料層の表面上に電極のアレーを設
け、各電極を各検出電極の上方にほぼ位置させることが
できる。この構成では、追加の各電極がその関連する検
出電極とともに誘電体材料層で分離されたキャパシタ極
板を構成する。指紋の隆起部が追加の電極と接触してこ
の電極を接地するか否かに応じて異なるキャパシタンス
が得られる。従って、この装置は基本的には指紋の隆起
部と接触する部分では所定の標準のキャパシタンス値を
発生する。指紋の溝部では得られるキャパシタンス値は
検出電極とこの溝部との間隔により決まる。必要に応
じ、単に所定のキャパシタンスが存在する個所を検出す
ることにより光学式検出装置により得られるものと類似
の指紋のバイナリイメージを容易に発生させることがで
きる。
【００１０】駆動回路は所定の電位を所定の時間間隔で
検出電極に印加するよう構成するのが好ましい。検出電
極上の電荷は、所定の電位の順次の印加の間に例えば接
地抵抗により、或いは前記所定の電位の値を順次の印加
中に変化させるこにより除去又は減少させることができ
る。各検出電極は指の存在中キャパシタの一部を形成す
るため、このキャパシタへと流れる充電電流の大きさは
センサ表面と指表面との間隔により決まるキャパシタン
スの大きさに依存する。このキャパシタンスの大きさの
支持を得るために、検出装置は慣例の如く、各電極への
充電電流を検出しこの電流に応じた信号出力を発生する
手段、例えば電荷検出増幅器を具え、この信号出力を後
続の信号処理に使用し得るようにすることができる。し
かし、キャパシタンス値の他の検出方法を用いることも
できること勿論である。
【００１１】各検出素子のスイッチング素子は、ソース
がセンサ導体を経て前記駆動回路に、ドレインが関連す
る検出電極にそれぞれ接続され、且つ前記駆動回路によ
りアドレス導体を経てゲートに供給される選択又はゲー
ト信号により制御される電界効果トランジスタのような
３端子装置で構成することができる。検出素子は行列ア
レイに配列するのが好ましく、この場合には１行の検出
素子と関連するトランジスタのゲートが１つのアドレス
導体を共有し、１列のトランジスタのソースが１つのセ
ンス導体を共有するようにする。この場合、検出素子を
慣例の如く一時に１行づつアドレスしてキャパシタンス
値の完全な「イメージ」を発生させることができる。こ
れらの点において、この検出装置はアドレッシング技術
に関しアクティブマトリクスアドレス表示装置と類似す
る。更に、この検出装置はこのような表示装置に対し開
発された同一の種類のマトリクススイッチング技術を用
い、慣例の如く薄膜堆積プロセス及びフォトリソグラフ
ィプロセスを用いて絶縁基板上に電極、アドレス導体及
び薄膜トランジスタを形成することにより製造すること
ができる。或いは又は、この検出装置は半導体ウェファ
及び集積回路技術を用いて製造することもできる。
【００１２】例えば窒化シリコン又はポリイミドのよう
な任意の絶縁材料を含む前記誘電体材料は検出電極のア
レイ上に好ましくは均一な厚さの連続層として設けるの
が好ましい。この誘電体材料層の検出電極とは反対側の
表面上に、検出電極間の領域の上方を延在する例えばラ
イン状又は格子状の導体を設け、これら導体を接地して
指表面に対する電気接触を改善することができる。
【００１３】本発明の第２の特徴は、上述した本発明の
検出装置と、この検出装置の検出手段からの出力に応答
して検出した指紋の特徴データを発生する手段と、この
特徴データを１つ以上の指紋についての内蔵特徴データ
と比較する手段とを具えた指紋認識システムを提供する
ことにある。本発明の検出装置から、光学式検出装置の
イメージセンサにより得られるビデオ出力に類似する出
力を得ることができる。従って、当業者に明らかなよう
に、検出装置を除くこのシステムの構成素子は光学式検
出装置を用いる指紋認識システムに一般に用いられてい
るタイプのものとし得る。実際の標準的技術によれば特
徴データは隆起線の方向及び特徴点即ち隆起線の端点及
び分岐点の相対位置に関する情報の形にすることができ
る。検出装置から得られた情報を処理して特徴データを
発生させ比較する処理は既知の方法及び技術に従うもの
とすることができる。この点に関し、例えば欧州特許願
（ＥＰ−Ａ）０３４３５８０号、「Parallel Processin
g: State of the Art Report」１９８７年、パーガモン
インフォテック社発行、のシー．ジェイ．エリオット
の論文「Automatic Fingerprint Recognition 」、又は
「IEEE TENCON 87」、ソウル、1987年、pp71〜75のフク
エ等の論文「Fingerprint Verification System-Verifi
cation Algorithm」を参照することができる。本発明の
検出装置は指紋の３次元輪郭の情報を提供し得るため、
特徴点の空間位置に加えて位相的特徴を利用することに
より識別又は認証の精度を向上させることができるが、
精度があまり高くなくてもよい場合には２次元の隆起線
パターンに関する情報のみを用いて必要な処理を簡単に
することができること勿論である。
【００１４】
【実施例】以下図面を参照して本発明による指紋検出装
置、指紋認識システム及び方法の実施例を詳細に説明す
る。
【００１５】図は略図であって正しいスケールで描いて
いない点に注意されたい。特に層や領域の厚さのような
特定の寸法を他の寸法より大きく拡大してある。全図を
通して同一又は類似の部分は同一の符号で示してある。
【００１６】図１は本発明による指紋検出装置の一実施
例を示す。本例検出装置は各行内にｃ個の検出素子12を
有するｒ行（１〜ｒ）から成る検出素子のＸ−Ｙアレイ
を有するアクティブマトリックスアドレス検出パッド１
０を具える。簡単のため数個の行と列のみを示す。実際
には約２cm×３cmの面積を占める約３００行×２００列
の規則正しく配列した検出素子を設けることができる。
【００１７】図２にも示すように、アレイの各検出素子
は本例では電界効果トランジスタＦＥＴ）の形態の３端
子スイッチング装置１６であるアクティブデバイスに接
続された検出電極１４を具える。検出素子のＸ−Ｙアレ
イは行（選択）及び列（センス）アドレス導体１８及び
２０によりアドレスされ、個々の検出素子はこれら導体
のそれぞれの交点に配置される。同一行内の全ての検出
素子は共通行導体１８に接続され、同一列内の全ての検
出素子は共通列導体２０に接続される。行導体１８はそ
れらの一端で行駆動回路２２に接続され、列導体２０は
それらの一端で列駆動回路２４に接続される。
【００１８】図２に示すように、ＦＥＴ１６のゲート及
びソースをそれぞれ行導体１８及び列導体２０に接続
し、ＦＥＴ１６のドレイン電極を検出電極１４に接続す
る。
【００１９】パッド１０の検出素子１２及びアドレス導
体１８及び２０は液晶表示装置のようなアクティブマト
リクスアドレス表示装置に用いられている技術に基づい
て製造することができる。この技術は今日では大面積ア
クティブマトリクスアレイを製造する手段として確立し
ており、この検出装置を製造する方法についてここに詳
細に説明する必要はないものと思料する。簡単に説明す
ると、この製造方法は代表的には絶縁基板上に複数の層
を堆積しフォトリソグラフィ処理によりパターン化する
ものである。電極１４及びアドレス導体１８及び２０は
金属で形成しＦＥＴ６は適切な（例えばガラス又は石
英）基板を用いてアモルファスシリコン又は多結晶シリ
コン薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）として形成することが
できる。
【００２０】この検出装置の構造の一例を図３に略図で
示す。この図はパッド１０の３つの検出電極１４を含む
部分の断面図である。ＴＦＴ構造（図の明瞭化のために
図示してない）は、ガラス又は石英基板３０上にアモル
ファス又は多結晶シリコン材料の層を堆積し、この層を
パターン化して最終的にＴＦＴのチャネルを形成する島
領域を残すことにより基板上に形成する。次いで、絶縁
材料、例えば窒化シリコンの層を堆積しパターン化して
ＴＦＴのゲート絶縁層を形成する。規則正しい間隔で配
置された等しい大きさの矩形パッドから成る電極１４及
びこれら電極間を延在するアドレス導体２０は堆積金属
層をパターン化して得る。電極１４及び導体２０の延長
部をもってＴＦＴのドレイン及びソース接点をそれぞれ
形成する。更に絶縁材料を導体２０の少なくともアドレ
ス導体１８と交差する区域上に設ける。次に導体１８
（図３では見えない）を堆積金属層から形成し、各導体
１８は電極１４の隣接する行間を延在させると共に、前
記個々の半導体島領域を覆いＴＦＴのゲート電極として
作用する延長部を有するものとする。得られる構造は表
示装置のアクティブマトリクス構造に類似し、アドレス
導体１８及び２０及び検出電極１４はそれぞれ表示装置
のゲート及び信号導体及び画素電極に類似する。しか
し、この検出装置では画素電極に必要とされるＩＴＯの
ような透明導電材料ではなく金属を電極１４に用いるた
めに表示装置より製造が簡単になる。
【００２１】検出装置の構造を完成させるために、絶縁
膜３２（例えば窒化シリコン又はポリイミド）を基板３
０上の全構造上に堆積して基板表面から離れて基板表面
にほぼ平行に延在する連続検出表面３４を形成する。
【００２２】検出電極の物理的寸法は指紋検出の所望の
分解能特性に従って選択する。一例では検出電極のピッ
チを行及び列方向とも約１００ミクロンにすることがで
きる。絶縁膜３２の厚さはこの膜に使用する特定の材料
を考慮して選択する。例えば、約４の比誘電率を有する
材料の場合には、約４ミクロンの膜厚を選択する。
【００２３】この検出装置の動作においては検出すべき
指を検出表面３４上に置く。このとき表面３４との実質
的な又は密接な物理的接触は図３に示すように指表面の
指紋隆起部にて起る。図３には指表面３７の一部分の１
つの隆起部３６を描いてある。指表面の指紋隆起部に隣
接する溝部は表面３４からかなり大きく離れる。これに
対し指表面の隆起部は電極１４から薄い絶縁膜３２の厚
さにより決まる最小距離だけ離れる。各検出電極１４
と、指表面のそれぞれの対向部分とが図３に破線で示す
ようにキャパシタ３５の対向極板を構成し、指表面部分
により構成される極板は大地電位にある。絶縁膜３２の
介在材料と、もしあれば指表面と検出装置との間の空隙
とがキャパシタの誘電体を構成する。これらの個々のキ
ャパシタのキャパシタンスは指表面と検出表面３４との
間の間隔ｄの関数として変化し、表面３４と接触する指
表面の隆起部で大きなキャパシタンスが発生し、表面３
４と接触しない指表面の溝部で小さなキャパシタンスが
発生する。
【００２４】このキャパシタンスの変化を図４に示す。
図４はキャパシタ３５の１平方ミリメートル当りのキャ
パシタンスＣx （マイクロファラッド単位）と間隔ｄ
（マイクロメートル単位）との関係を絶縁膜が比誘電率
４の材料から成り４ミクロンの厚さである場合について
グラフで示したものである。従って、指紋の隆起線パタ
ーンによりパッド１０の検出素子１２のアレイに沿って
発生するキャパシタンスの変化は実際上指表面の３次元
の電子“イメージ”を構成する。これらのキャパシタン
スが検出装置内で検出され、その変化及び従って指紋の
３次元プロファイルを表わす出力が得られる。指紋の３
次元隆起線パターンは、アレイ内の個々の検出電極と指
表面部分との間のキャパシタンス変化をモニタすること
により電子イメージの形に再生することができる。キャ
パシタンスの変化は指の３次元形状により決まるため、
にせものの指による如何なる不正使用の試みも極めて困
難になる。
【００２５】アレイ内の種々の検出素子１２間のキャパ
シタンス変化の検出は次のように実行する。各検出素子
を関連する行（選択）及び列（センス）導体１８及び２
０によりアドレスする。行駆動回路２２により行導体１
８に供給されるゲートパルスがこの行導体と関連する全
ての検出素子１２のＦＥＴ１６をターンオンする。同時
に約１０ボルトの所定の電位が列駆動回路２４により全
ての列導体２０に供給されるためＦＥＴ１６のターンオ
ン時にこの行の全検出素子１２と関連するキャパシタ３
５が列導体の電位に充電される。これらキャパシタの充
電電流が列導体２０を流れ、回路２４内の適切な増幅器
により検出される。各キャパシタ３５内へ流れる電荷量
はこのキャパシタの大きさに依存する。従って各列導体
の充電電流を測定することにより各キャパシタの大きさ
を決定することができる。この処理をアレイの各検出素
子行ごとに順次くり返すと、１フィールド期間内にアレ
イ内の全行のアドレス後にキャパシタ特性の完全な“イ
メージ”が得られる。
【００２６】図５ａ及び５ｂはキャパシタの充電特性を
検出するのに使用し得る検出回路の２つの異なる実施例
を示す。図５ａは電流検出形検出回路の３つの隣接する
列導体に対応する部分の構成を示す。列導体２０を抵抗
帰還を有する各別の電流増幅器に接続し、それらの出力
を各別のサンプルホールド回路４１に供給する。これら
増幅器のバイアス状態によって列導体２０に上述した所
定の電位レベルを設置する。サンプルホールド回路４１
は共通ランン４２に沿って供給されるサンプリングパル
スにより、行導体１８に供給されるゲートパルスと同期
して同時に動作させる。回路４１のアナログ出力を、シ
フトレジスタ４５によりスイッチ４６を順次動作させて
順次切り換え、各列導体の瞬時電流値を表わす振幅を有
するパルスの直列出力をライン４７に沿って出力させ
る。図５ｂは充電増幅器形検出回路の構成を示し、図示
の部分は２つの隣接する列導体に作用する。この回路で
は、列導体２０を容量性負帰還を有する電荷増幅器５０
に接続し、それらのアナログ出力を、同様にシフトレジ
スタ４５によりスイッチ４６を順次動作させて順次切り
換え、各列導体の充電電流を表わす振幅を有するパルス
の直列出力を出力ライン４７上に出力させる。電荷増幅
器はリセットライン５１に供給されるリセットパルスに
よりスイッチ５２を動作させてこれら増幅器のシャント
キャパシタを放電させることにより順次の検出素子行の
アドレッシング間の期間中にリセットさせる。
【００２７】指紋のキャパシタンスイメージの数回の読
み出し、又は種々の指紋の連続的読み出しを可能にする
ためには、電極１４上の電荷を検出素子が再びアドレス
される前に除去又は低減させる必要がある。これは、各
検出素子内に検出電極１４とそれぞれの行の全検出素子
に共通の接地導体又は次の隣接行導体１８との間に抵抗
を設けることにより達成することができる。このような
構成を図２に破線で示してあり、このような抵抗と追加
の隣接行導体をそれぞれ１５及び１７で示してある。こ
れら抵抗はＴＦＴを製造するのに使用する適度にドープ
した半導体材料で構成することができる。
【００２８】しかし、他の手段を用いることもできる。
列導体に供給する所定の電圧を順次の読み出しサイクル
において２つの異なるレベル間で切り換えることができ
る。この場合にも増幅器のバイアス状態を用いてこれら
レベルの一方を与えることができる。他方のレベルは導
体２０とその関連増幅器４０又は５０との間に挿入した
スイッチにより与えることができる。或いは又、アドレ
ッシングサイクル中に中間リセットサイクルを含めるこ
ともできる。
【００２９】これらの手段によれば、検出素子がアドレ
スされる度にキャパシタの充電が発生するため、充電電
流を用いてそれらのキャパシタンスを測定することがで
きる。
【００３０】検出装置の動作中の代表的な信号波形を図
６に示してある。波形Ａ，Ｂ及びＣは異なる動作方法を
示し、Ａは各検出素子に抵抗１５を設けた場合に対応
し、Ｂは列電圧を順次の読み出しサイクル間で反転させ
る場合に対応し、Ｃは中間リセットサイクルを有する場
合に対応する。Ｖr 及びＶcは行導体１８及び列導体２
０に供給される電圧であり、Ｖs は検出電極１４に現わ
れる電圧である。Ｉａ及びＩｂは比較的低いキャパシタ
ンス及び高いキャパシタンスに対し列導体２０を流れる
電流である。図６に示す電圧は単なる一例である点に注
意されたい。
【００３１】本発明の検出装置は種々の変更が可能であ
る。上述の実施例では検出表面３４を絶縁膜３２の露出
表面のみで与えている。図７ａ及び７ｂは検出装置の異
なる変形例を示す平面図であり、これらの変形例では金
属膜導体５３を検出電極１４の行間及び列間の上方を延
在する格子導体パターン状に（図７ａ）、或いは行間の
上方を延在する直線導体パターン状に（図７ｂ）絶縁膜
３２の露出表面に直接堆積する。動作中これら導体パタ
ーンを接地して指表面に対する電気接触を改善する。
【００３２】図８は本発明検出装置の他の実施例の図３
と同様の概略断面図を示す。この実施例は絶縁膜３２の
表面上に設けられた追加の電極アレイを具えている。こ
のアレイは検出電極１４とほぼ同一の大きさ及び形状の
電気的に絶縁された個別の導電パッド５４から成る。こ
れらのパッドは電極１４と相まってキャパシタ３５の対
向極板を構成する。パッド５４を除きこの実施例は前述
の実施例と同一であり、検出素子のアクティブマトリク
スの動作はほぼ同一である。使用時には指が表面３４上
のパッド５４のアレイ上に置かれる。このとき指紋の隆
起部がアレイの特定のパッド５４と接触し、これらを接
地するため、これら検出素子のキャパシタ３５のキャパ
シタンスは対向電極１４及び５４と絶縁膜３２の厚さに
より決まる。前述の実施例と比較して、全ての隆起部接
触位置において互いに略々同一で一層明確なキャパシタ
ンスが得られる。他の位置では指の表面部分がパッド５
４から離れるため、これら位置のキャパシタンス値は前
と同様この離間距離ｄに依存する。従って、アレイに沿
ったキャパシタンスの変化は指紋の表面凹凸を表わす。
【００３３】上述した全ての検出装置に関し述べたよう
に、ＦＥＴ１６は表示装置の技術分野において知られて
いる標準のプロセスを用いて製造されるアモルファスシ
リコン又は多結晶シリコンＴＦＴで構成することができ
る。その代りにＦＥＴ１６のアレイは例えばシリコンウ
ェファ基板を用いる慣例の半導体集積回路の一部とする
こともできる。しかし、絶縁基板上のＴＦＴの方が検出
電極に対する漂遊容量が最低になるので好ましい。低漂
遊容量に加えてガラス／石英基板上のＴＦＴ技術は例え
ば３０mm×４０mm程度の比較的大面積の装置を比較的低
コストで提供し得るという利点もある。
【００３４】多結晶シリコンを用いる場合には、アドレ
ス回路２２及び２４を慣例の方法により基板３０の周辺
部にＦＥＴ１６と一緒に同時に形成してアクティブ検出
マトリクスと一体に集積し極めてコンパクトな検出装置
を提供することができる。
【００３５】図９は上述した検出装置６０を用いる指紋
認識システムをブロック図で示したものである。検出装
置６０からの信号出力はイメージセンサを用いる既知の
光学式指紋検出装置により発生されるビデオ出力に類似
する。従って、検出装置を除くシステムの構成素子は当
業者に明らかなように慣例の技術に従い、従ってこれら
構成素子について詳しく説明する必要はないものと思わ
れる。簡単に説明すると、装置６０からの出力は検出し
た指紋の特徴点を検出するようプログラムされた分析回
路６１に供給される。回路６１からのデータはコンピュ
ータ６２に供給される。このコンピュータはこのシステ
ムが識別用か照合用かに応じて標準のアルゴリズムによ
り前記データを記憶装置６３に記憶されている複数の指
紋又は単一の指紋と比較し、一致が得られるか否かに従
って出力を発生する。
【００３６】回路６１は高精度の認識のために検出装置
６０により発生される３次元情報を利用するようプログ
ラムすることができ、また適当な弁別手段により装置６
０からの特定の出力信号値を選択して既知の光学検出装
置から得られるバイナリイメージに類似のバイナリイメ
ージの形態に２次元隆起線パターンを表わす特定の情報
を利用するようにプログラムすることができる。本明細
書を読めば他の種々の変更が当業者に明らかであり、こ
れらの変更は指紋認識の技術分野において既知であって
ここに記載した特徴の代わりに、或いは加えて使用し得
る他の特徴も含むことができ、本発明はこれらの変更も
本発明の範囲に含むものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の指紋検出装置の一実施例の簡略構成図
である。
【図２】本発明指紋検出装置の代表的な検出素子の等価
回路図である。
【図３】本発明装置の使用態様を示す部分的断面図であ
る。
【図４】本発明装置の代表的検出電極に対するキャパシ
タンスと指表面との間の関係を示すグラフである。
【図５】図５ａ及び５ｂは本発明検出装置の検出回路の
２つの実施例の一部を示す回路図である。
【図６】図６（Ａ）〜（Ｃ）は本発明検出装置の動作を
示す代表的な波形図である。
【図７】図７ａ及び７ｂは本発明検出装置の２つの変形
例の平面図である。
【図８】本発明検出装置の他の実施例の一部の概略断面
図である。
【図９】本発明検出装置を組み込んだ指紋認識システム
の概略ブロック図である。
【符号の説明】
１０ アクティブマトリクスアドレス検出パッド １２ 検出素子 １４ 検出電極 １６ スイッチング素子 １８ 行（選択）アドレス導体 ２０ 列（センス）アドレス導体 ２２ 行駆動回路 ２４ 検出回路 ３０ 基板 ３２ 絶縁膜 ３４ 検出表面 ３６ 指紋隆起部 ３７ 指表面 ４０ 電流増幅器 ４１ サンプルホールド回路 ４５ シフトレジスタ ５０ 電荷増幅器 ５３ 追加の接地導体 ５４ 追加の導電パッド ６０ 指紋検出装置 ６１ 分析回路 ６２ コンピュータ ６３ 記憶装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 590000248 Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １, 5621 ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔ ｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ (56)参考文献 特開 平１−285801（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−211241（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−6729（ＪＰ，Ａ) 米国特許4577345（ＵＳ，Ａ) 米国特許4353056（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 7/00 - 7/34

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 駆動回路に接続された検出素子のアレイ
    を具え、各検出素子は検出電極を具え、これら検出電極
    を誘電体材料で被覆して指紋を検出すべき指を置く検出
    表面を構成して成る指紋検出装置において、各検出素子
    にその検出電極に接続されたスイッチング素子を設け、
    各検出素子を前記駆動回路によりアクティブアドレスし
    そのスイッチング素子を動作させてその検出電極に所定
    の電圧を供給し得るようにし、且つ当該検出装置には更
    に指が前記検出表面上に置かれたとき指表面の各部とそ
    れぞれの検出電極とにより形成されるキャパシタンスを
    検出する検出手段を設けたことを特徴とする指紋検出装
    置。
  2. 【請求項２】 前記駆動回路は前記所定電位を規則正し
    い時間間隔で各検出電極に供給するよう構成し、前記所
    定電位はこの電位の供給時に前記検出電極に存在する電
    位と異なる電位であることを特徴とする請求項１記載の
    指紋検出装置。
  3. 【請求項３】 前記検出手段は前記所定電位の供給時に
    検出電極への充電電流を検出しこの電流に対応する信号
    出力を発生するよう動作することを特徴とする請求項１
    又は２記載の指紋検出装置。
  4. 【請求項４】 前記検出手段は電荷検出増幅器を具える
    ことを特徴とする請求項３記載の指紋検出装置。
  5. 【請求項５】 前記検出手段は電流検出増幅器を具える
    ことを特徴とする請求項３記載の指紋検出装置。
  6. 【請求項６】 各検出素子のスイッチング素子は、ソー
    スがセンサ導体を経て前記駆動回路に、ドレインが関連
    する検出電極にそれぞれ接続され、且つ前記駆動回路に
    よりアドレス導体を経てゲートに供給される選択又はゲ
    ート信号により制御されるトランジスタで構成したこと
    を特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の指紋検出装
    置。
  7. 【請求項７】 前記検出素子を行及び列のアレーに配置
    し、各行及び列の検出素子をそれぞれ１つの共通アドレ
    ス導体及び１つの共通センス導体に接続したことを特徴
    とする請求項６記載の指紋検出装置。
  8. 【請求項８】 前記検出素子のアレーを前記駆動回路に
    より一時に一行づつ順次にアドレスするようにしたこと
    を特徴とする請求項７記載の指紋検出装置。
  9. 【請求項９】 前記アレーの検出素子のトランジスタを
    薄膜トランジスタで構成し、このトランジスタを前記ア
    ドレス及びセンス導体と一緒に絶縁基板上に設けたこと
    を特徴とする請求項６〜８の何れかに記載の指紋検出装
    置。
  10. 【請求項１０】 前記検出素子を被覆する前記誘電体材
    料は指紋を検出すべき指を置く露出表面を有することを
    特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の指紋検出装
    置。
  11. 【請求項１１】 前記誘電体材料の検出電極とは反対側
    に個別電極のアレーを設け、それぞれの個別電極はそれ
    ぞれの検出電極の上方にほぼ位置させたことを特徴とす
    る請求項１〜９の何れかに記載の指紋検出装置。
  12. 【請求項１２】 前記誘電体材料は前記アレーの全検出
    電極上を共通の連続層として延在させたことを特徴とす
    る請求項１０又は１１記載の指紋検出装置。
  13. 【請求項１３】 前記誘電体材料は前記アレーの全検出
    電極上を延在し、検出電極と反対側に連続表面を有する
    層として設け、前記連続表面上に前記検出電極間の領域
    の上方を延在する追加の導体を設け、これら導体は当該
    装置の動作時に接地するようにしたことを特徴とする請
    求項１〜９の何れかに記載の指紋検出装置。
  14. 【請求項１４】 請求項１〜１３の何れかに記載の指紋
    検出装置と、該装置のキャパシタンス検出手段からの出
    力に応答して検出した指紋の特徴データを発生する手段
    と、前記特徴データを１以上の指紋の内蔵特徴データと
    比較する手段とを具えたことを特徴とする指紋認識シス
    テム。
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