JP3761809B2

JP3761809B2 - Fingerprint sensor, fingerprint image detection method, and program for causing computer to execute the method

Info

Publication number: JP3761809B2
Application number: JP2001369347A
Authority: JP
Inventors: 正明林; 忠昭長谷川
Original assignee: グローリー工業株式会社
Priority date: 2001-12-03
Filing date: 2001-12-03
Publication date: 2006-03-29
Anticipated expiration: 2021-12-03
Also published as: JP2003164437A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、指を載置する検出面の下部に複数の温度センサおよびヒーターを配設し、各ヒーターに電圧パルスを印加して発生した熱が指紋の谷部と山部に伝熱する伝熱特性の差に基づいて指紋画像を検出する指紋センサ、指紋画像検出方法およびその方法をコンピュータに実行させるプログラムに関し、特に、指紋の山部と谷部の伝熱特性を利用して指紋画像を検出する場合に、迅速に鮮明な指紋画像を取得することができる指紋センサ、指紋画像検出方法およびその方法をコンピュータに実行させるプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、指紋の谷部と山部の伝熱特性の差に基づいて指紋画像を検出する技術が注目されている。たとえば、特表平１１−５０３３４７号公報（従来技術１）には、検出部材を熱源で加熱して温度を測定し、各検出部材の温度または温度変化を印加熱量と比較して、該検出部材から熱伝導面への熱損失を測定し、測定した熱損失の変化状態に基づいて画像を形成する指紋検出器が開示されている。
【０００３】
この従来技術１では、指紋の山部は皮膚が検出面と接触しているために皮膚への熱損失が大きく、指紋の谷部は検出面と皮膚の間に断熱体をなす空気が介在するため熱損失が小さいという特性を利用して、指紋の山部と谷部を画像として再構成している。
【０００４】
ところが、この従来技術１では、熱源をなすヒーターと温度センサとを同一平面上に配設しているので、指紋画像の精度の低下や、ヒーターによる消費電力の増加を招くという問題がある。すなわち、指紋のピッチは通常数百μｍ程度であるので、複数の温度センサをできるだけ密に配置する必要があるが、かかる温度センサの間にヒーターを配設するとなると温度センサ間の距離が離隔し、測定精度の低下を招く結果となる。
【０００５】
特に、温度センサやヒーター自身の大きさを距離に含めて考えると、温度センサとヒーターとの間の距離も離隔することになるので、ヒーターから発した熱が温度センサに到達するまで時間がかかり、測定時間が長くなる。その結果、必然的にヒーターから熱を発する時間を長くせねばならず、ヒーターに係る消費電力が大きくなる。また、かかるヒーターから発した熱は３次元的に広がるので、このヒーターと温度センサが離隔したのでは、加熱した熱の一部しか温度センサに到達しないことになり、熱効率の低下並びに画像の不鮮明を招く結果となる。
【０００６】
このため、本件特許出願人は、指紋の山部と谷部の伝熱特性を利用して指紋画像を検出する場合に、指紋画像の精度の向上およびヒーターによる消費電力の低減を図ることができる指紋センサ等を特願２０００―１６４６８１（従来技術２）で出願している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来技術２のものは、隣接するヒーターに順次電圧パルスを印加して順次加熱するものであるので、あるヒーターを熱した場合にこの熱が隣接するセンサにも伝播し、結果的に平面的分解能が低下してしまうという問題がある。
【０００８】
具体的には、この従来技術２では、ヒーターに電圧パルスを印加した後の温度を検出し、その温度が所定値未満であれば熱が指紋の山部に伝播したとみなして指紋の山部であると判定し、所定値以上であれば熱が伝播しないものとみなして指紋の谷部であると判定するものであるので、各温度センサ周辺の温度が重要な要素となる。ここで、温度センサとヒーターを一体または近接配置し、かつ、行ごとに順次電圧パルスを印加してヒーターを加熱すると、あるヒーターの熱が他の温度センサ周辺に伝播し、結果的に鮮明な指紋画像を得られないおそれがある。
【０００９】
また、この従来技術２によれば、順次隣接するヒーターを加熱するものであるので、全てのヒーターを加熱するまでに時間を要するという問題もある。入退出管理などに使用される指紋センサには、円滑な入退出をおこなえる程度の高速処理が要求されるので、加熱から指紋パターンの検出までに要する時間はできるだけ短縮する必要がある。
【００１０】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、指紋の山部と谷部の伝熱特性を利用して指紋画像を検出する場合に、迅速に鮮明な指紋画像を取得することができる指紋センサ、指紋パターン検出装置、指紋パターン検出方法およびプログラムを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明に係る指紋センサは、指を載置する検出面の下部に温度センサとヒーターの役割を有する複数の抵抗素子を配設し、各抵抗素子に電圧パルスを印加して発生した熱が指紋の谷部と山部に伝熱する伝熱特性の差に基づいて指紋画像を検出する指紋センサにおいて、所定数の抵抗素子個数分間隔をあけつつ互いに隣接しない抵抗素子に順次電圧パルスを印加する電圧パルス印加手段と、前記電圧パルス印加手段により電圧パルスを印加した後、前記抵抗素子により温度を検出するよう制御する温度検出制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２の発明に係る指紋センサは、指を載置する検出面の下部に複数の温度センサおよびヒーターを配設し、各ヒーターに電圧パルスを印加して発生した熱が指紋の谷部と山部に伝熱する伝熱特性の差に基づいて指紋画像を検出する指紋センサにおいて、所定数のヒーター個数分間隔をあけつつ互いに隣接しないヒーターに順次電圧パルスを印加する電圧パルス印加手段と、前記電圧パルス印加手段により電圧パルスを印加した後、前記複数の温度センサにより温度を検出するよう制御する温度検出制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３の発明に係る指紋センサは、請求項１または２の発明において、前記電圧パルス印加手段は、所定数の抵抗素子個数分または所定数のヒーター個数分間隔のあいた複数の抵抗素子または複数のヒーターに対して同時に電圧パルスを印加することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項４の発明に係る指紋センサは、請求項１、２または３の発明において、前記抵抗素子または前記温度センサおよびヒーターは所定数の行列からなるマトリックス状に配設され、前記電圧パルス印加手段は、所定数の行間隔をあけつつ同時に電圧パルスを印加することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項５の発明に係る指紋センサは、請求項４の発明において、前記抵抗素子または前記温度センサにより検出された電流をサンプルアンドホールドする検知手段を前記マトリックス状に配設された抵抗素子または温度センサの所定数の列ごとに設け、該所定数の列の抵抗素子または温度センサと前記検知手段を切り替え接続することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項６の発明に係る指紋センサは、請求項１〜４の発明において、前記抵抗素子またはヒーターは、少なくともダイオード特性を有することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項７の発明に係る指紋画像検出方法は、指を載置する検出面の下部に温度センサとヒーターの役割を有する複数の抵抗素子を配設し、各抵抗素子に電圧パルスを印加して発生した熱が指紋の谷部と山部に伝熱する伝熱特性の差に基づいて指紋画像を検出する指紋センサの指紋画像検出方法において、所定数の抵抗素子個数分間隔をあけつつ互いに隣接しない抵抗素子に順次電圧パルスを印加する電圧パルス印加工程と、前記電圧パルス印加工程により電圧パルスを印加した後、前記抵抗素子により温度を検出するよう制御する温度検出制御工程とを含んだことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項８の発明に係る指紋画像検出方法は、指を載置する検出面の下部に複数の温度センサおよびヒーターを配設し、各ヒーターに電圧パルスを印加して発生した熱が指紋の谷部と山部に伝熱する伝熱特性の差に基づいて指紋画像を検出する指紋センサの指紋画像検出方法において、所定数のヒーター個数分間隔をあけつつ互いに隣接しないヒーターに順次電圧パルスを印加する電圧パルス印加工程と、前記電圧パルス印加工程により電圧パルスを印加した後、前記複数の温度センサにより温度を検出するよう制御する温度検出制御工程とを含んだことを特徴とする。
【００１９】
また、請求項９の発明に係る指紋画像検出方法は、請求項７または８の発明において、前記電圧パルス印加工程は、所定数の抵抗素子個数分または所定数のヒーター個数分間隔のあいた複数の抵抗素子または複数のヒーターに対して同時に電圧パルスを印加することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１０の発明に係る指紋画像検出方法は、請求項７、８または９の発明において、前記抵抗素子または前記温度センサおよびヒーターは所定数の行列からなるマトリックス状に配設され、前記電圧パルス印加工程は、所定数の行間隔をあけつつ同時に電圧パルスを印加することを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１１の発明に係るプログラムは、請求項７〜１０のいずれか一つに記載された方法をコンピュータに実行させることで、そのプログラムを機械読み取り可能となり、これによって、請求項７〜１０のいずれか一つの動作をコンピュータによって実現することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明に係る指紋センサ、指紋画像検出方法およびプログラムの好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、本実施の形態１では、同一の抵抗素子でヒーターと温度センサを兼用する１層式の指紋センサを用いた場合について説明し、実施の形態２では、ヒーターと温度センサの抵抗素子を異なるものとする２層式の指紋センサを用いた場合について説明することとする。
【００２３】
（実施の形態１）
まず、本実施の形態１で用いる１層式の指紋センサについて説明する。図１は、本実施の形態１に係る指紋センサの外観構成を示す図である。同図に示すように、この指紋センサ１は、指紋画像を検出する指紋検出部１０と、信号処理をおこなう信号処理部２０とからなる。ここで、この指紋センサ１は、熱伝導方式によって指紋画像を取得する指紋センサであり、指紋検出部１０の検出面の下部にヒーターと温度センサを兼用する複数の抵抗素子をマトリックス状に作り込み、ラインごとに順次加熱して、その直後の温度上昇を複数の抵抗素子すなわち温度センサで検出して指紋画像を得るようにしたものである。
【００２４】
次に、図１に示した指紋センサ１の構造についてさらに具体的に説明する。図２は、図１に示した指紋検出部１０の断面構造を示す図である。図２に示すように、この指紋センサ１は、基板１００上に抵抗素子１１１を配設し、この抵抗素子１１１と接するように配線を設け、その上部を絶縁膜１１２で覆うことにより基板１００上にヒーター兼センサ層１１０を配設することになる。ここでは説明の便宜上、図２に示す基板１００上に４つの抵抗素子１１１のみを設けた場合を示したが、実際にはこの基板１００上にたとえば２５６×２５６個（合計６５５３６個）の抵抗素子１１１をマトリクス状に形成することになる。
【００２５】
同図に示す基板１００は、石英、ガラス、ポリイミド、アルミナ、表面を絶縁化したＳｉなどが用いられる。ただし、これに限定されるものではなくその他の絶縁性材料を用いることもできる。
【００２６】
抵抗素子１１１は、検出面１１を加熱するヒーターと、温度を検出する温度センサとしての役割を果たしているので、この抵抗素子１１１には、発熱素子としての特性と抵抗変化型の温度センサとしての特性が求められる。かかる抵抗素子１１１の材料としては、たとえばポリシリコン、アモルファスシリコンまたはＩＴＯなどの抵抗素子材料がある。
【００２７】
そして、かかる温度の検出は、この抵抗素子１１１に所定の電圧を印加しその時流れる電流の大きさを検出することによっておこなう（抵抗変化型温度検出素子）。なお、ここでは温度を検出する役割のみを果たす温度検出素子は設けていないので、指紋検出部１０の内部構造が単純化され、検出面１１の表面状態（凹凸）を所望の状態とすることが容易となる。
【００２８】
また、ここでは指紋のピッチが数百μｍ程度であることを考慮して抵抗素子１１１の配列ピッチを５０〜１００μｍ程度にするとともに、抵抗素子１１１の厚さを０．１〜１μｍ程度にしている。
【００２９】
絶縁膜１１２は、検出面１１を形成する層であり、抵抗素子１１１および配線などを保護する。この絶縁膜１１２は、その特性上できるだけ薄くすることが求められるが、ここでは絶縁膜１１２自体の厚さを０．５〜２μｍ程度としている。なお、この絶縁膜１１２の材料としては、たとえば、ＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン、Ｔａ₂Ｏ₅、Ａｌ₂Ｏ₃などの絶縁性材料があげられる。
【００３０】
次に、図１に示した指紋検出部１０内に設けられるヒーター／センサ回路４１および信号処理部２０内に設けられる検知回路４２の回路構成並びにこのヒーター／センサ回路４１に対する電圧パルスの印加タイミングについて説明する。図３は、図１に示した指紋検出部１０内に設けられるヒーター／センサ回路４１および信号処理部２０内に設けられる検知回路４２の回路構成並びにこのヒーター／センサ回路４１に対する電圧パルスの印加タイミングの一例を示す図である。
【００３１】
ヒーター／センサ回路４１は、ヒーターおよび温度センサの役割を果たす抵抗素子１１１をたとえば２５６×２５６個マトリックス状に配置し、各抵抗素子１１１を水平方向（行）および垂直方向（列）にそれぞれ配設した２５６本の配線１１３で接続したものである。
【００３２】
検知回路４２は、マトリックス状に配置した各抵抗素子１１１から温度に係るデータを受け取って温度を検知する回路である。具体的には、各抵抗素子１１１をつなぐ水平方向および垂直方向の配線１１３を介して温度に係るデータを受け取る。なお、図中に示すＩＶアンプおよび作動アンプなどの回路は、温度信号を変換、増幅、ラッチする回路部分である。
【００３３】
そして、加熱および温度検出は、信号処理部２０によっていずれかの行を選択し、この選択した行の抵抗素子１１１に所定の定電圧パルスを印加することでおこなう。また、この選択する行を順次切り替え走査してゆくことで、すべての抵抗素子１１１について同様の加熱、温度検出をおこなうことができる。
【００３４】
ここで、この信号処理部２０では、行を単に順々にずらしながらヒーター／センサ回路４１へ電圧パルスを印加しているのではなく、行間隔をあけながら各行に順次電圧パルスを印加している。行間隔をあけることとした理由は、隣接した抵抗素子１１１を順次加熱することにより生ずる平面的分解能の低下を防ぐためである。
【００３５】
たとえば、抵抗素子１１１を発熱させるべくヒーター／センサ回路４１の端子Ｔ１に電圧パルスＰ１を印加するとともに、引き続きこの端子Ｔ１に隣接する端子Ｔ２に電圧パルスＰ２を印加した場合には、最初の電圧パルスＰ１により本来熱したい抵抗素子Ｒ１の周囲だけではなく抵抗素子Ｒ２の周囲にも熱が伝播することになるので、その後に抵抗素子Ｒ２の温度を検出するための電圧パルスを端子Ｔ２に印加したとしても、この抵抗素子Ｒ２の周囲は熱を保持していることとなり、結果的に平面的分解能が低下する。
【００３６】
このため、ここでは図３に示すように端子Ｔ１に電圧パルスＰ１を印加したならば、次に行間隔をあけて端子Ｔ３に電圧パルスＰ２を印加するよう制御して、抵抗素子Ｒ１による発熱の抵抗素子Ｒ３に対する影響を低減し、もって平面的分解能を高めるとともに検出時間を短縮化している。なお、たとえば１行目、３３行目、６５行目、９７行目、１２９行目、…というよう３２行間隔をあけつつこれらの行に同時に電圧パルスを印加することもできる。この場合には、次回はたとえば３行目、３５行目、６７行目、９９行目、１３１行目、…について同時に電圧パルスが印加される。
【００３７】
また、図３に示すように、ヒーター／センサ回路４１の列配線１１３と検知回路４２のＩＶアンプは、それぞれ数列ごとにスイッチＳＷにより切り替え接続される。かかるスイッチＳＷを設けた理由は、隣接した列が同時に加熱されないようにするためである。また、各抵抗素子１１１には、ダイオードが設けられる。スイッチＳＷにより端子が解放された列に電流が流れ込まないようにするためである。
【００３８】
次に、上記抵抗素子１１１に電圧パルスを印加してヒーターとして加熱するタイミングとこの抵抗素子１１１により温度を検出するタイミングとの関係について説明する。図４は、図３に示した抵抗素子１１１に電圧パルスを印加してヒーターとして加熱するタイミングとこの抵抗素子１１１により温度を検出するタイミングとの関係を説明するための説明図である。
【００３９】
同図（ａ）に示すように、指が検出面１１に載置された後、指紋を検出する為の電圧を印加した時刻ｔｓから所定時間後の時刻ｔｅに電圧の印加を終了すると、同図（ｂ）に示すように、時刻ｔｓから抵抗素子１１１の周囲の温度が上昇を開始し、時刻ｔｅから抵抗素子１１１の周囲の温度が低下する。ここで、指紋の谷部と山部の温度上昇特性は図示したように異なるため、この温度上昇特性の違いを利用して指紋の山部と谷部を検出することになる。
【００４０】
具体的には、検知回路４２のＩＶアンプの出力である検出電流は同図（ｃ）のようになるので、抵抗素子に電圧を印加したと同時（時刻ｔｓ）または電圧を印加した直後（時刻ｔｓ＋α；ただしαは定数）の温度が上がっていない状態での電流値をホールドする。また、同図（ｄ）に示すように、時刻ｔｓ＋β後（時刻ｔｅ）の差動信号すなわち温度変動を検出し、ΔＶ（山部）とΔＶ（谷部）の電圧差を利用して指紋の山部と谷部を検出する。具体的には、時刻ｔｓまたはｔｓ＋α時点での温度に対応する電流値と、電圧パルスの立ち下がり時点である時刻ｔｅでの電流値との差動信号を検出し、この検出値に基づいて指紋の山部と谷部を検出する。この際、電圧パルスの印加時間を固定すれば、時刻ｔｅは時刻ｔｓまたはｔｓ＋αから所定時間後になるので、電圧パルスの立ち下がりを意識しなくとも温度の検出タイミングを容易に把握することができる。
【００４１】
なお、ホールドのタイミングや作動出力のタイミングは、図示しないタイミング信号制御回路からのタイミング信号に基づいて各々行われている。また、検出面１１へ指が圧着された場合の検知は、図示しない方法により、例えば、検出面に生体検知センサを設けて指が置かれたときの静電容量の変化により検知したり、別途押圧検知センサにより検出面に所定の圧力が加わったことを検知したりして行う。
【００４２】
ここで、本実施の形態１では、指を検出面１１に載置した後、指紋の検出を開始するために電圧を印加した時刻ｔｓまたは電圧を印加した直後の時刻ｔｓ＋αでの電流値をホールドしている点が重要である。すなわち、指を検出面１１に載置する前の定常状態での電流値をホールドすることとすると、環境温度による検出精度への影響が大きくなり、たとえば検出面１１の温度が体温より低くなれば、ΔＶ（山部）の値が大きくなり、かかる山部が谷部とみなされる可能性が生ずるからである。
【００４３】
次に、図１に示した指紋センサを用いた指紋照合装置について説明する。図５は、図１に示した指紋センサを用いた指紋照合装置の構成を示す機能ブロック図である。
【００４４】
同図に示すように、この指紋照合装置は、指紋センサ１（指紋検出部１０および信号処理部２０）と、指紋照合部３０とからなる。信号処理部２０は、指紋検出部１０によって検出された温度信号に基づいて指紋画像を生成する処理部であり、この信号処理部２０は、制御部２１、電圧パルス出力部２２、検知部２３、コントラスト判定部２４、しきい値記憶部２５および画像データ出力部２６からなる。これら各部は制御部２１による制御の下、以下のように動作する。
【００４５】
検出面１１へ指が圧着された場合、制御部２１は図示しない方法によりこれを検知し（例えば、検出面に生体検知センサを設けて指が置かれたときの静電容量の変化により検知したり、別途押圧検知センサにより検出面に所定の圧力が加わったことを検知する）、この指の指紋画像を検出すべく、電圧パルス出力部２２に測定開始の指示を送る。これを受けた電圧パルス出力部２２は、指紋検出部１０の各行へ定電圧パルスを印加することによって、加熱、温度検出をおこなう。
【００４６】
すなわち、この電圧パルス出力部２２は、指紋検出部１０のいずれかの行を選択し、この選択した行に加熱用の定電圧パルスを出力する。具体的には、この行の選択は、すでに説明したように行間をあけつつおこなう。これによって、選択された行の抵抗素子１１１が発熱し検出面１１上に温度分布が生じる。
【００４７】
そして、所定時間経過後に、信号処理部２０の検知部２３が電流を検出する。すなわち、抵抗素子１１１の抵抗値はその温度によって変化するため、抵抗素子１１１には温度に応じた大きさの電流が流れるため、この電流を検出する。その結果、選択された抵抗素子１１１それぞれの温度に応じた信号（温度信号）が制御部２１に出力される。以上述べた加熱、温度測定動作をすべての行について順次おこなう。
【００４８】
その後、この温度信号を得た制御部２１は、該温度信号（温度分布）に基づいて指紋画像を形成し、コントラスト判定部２４が入力された指紋画像のコントラストをしきい値記憶部２５に記憶したしきい値と比較し、コントラストがしきい値を越える場合には指紋画像が良好なものであると判定し、画像データ出力部２６から指紋画像を出力する。なお、コントラスト判定については後述する。
【００４９】
指紋照合部３０は、信号処理部２０から入力された指紋画像を、あらかじめ登録した参照指紋画像と比較して、両者が一致するか否かを照合する処理部である。この指紋照合部３０は、画像入力部３１、参照画像記憶部３２および照合処理部３３からなる。
【００５０】
画像入力部３１は、信号処理部２０から入力された指紋画像を受け付けて、これを照合処理部３３へ出力する処理部であり、参照画像記憶部３２には、あらかじめ、入力指紋画像の比較の対象となる指紋画像が記憶されている。照合処理部３３は、画像入力部３１から入力された指紋画像を、参照画像記憶部３２に記憶されている参照指紋画像と照合する。つまり、両者を比較してその一致性を判定して、その照合結果を出力する。
【００５１】
かかる構成を有する指紋照合装置を用いることにより、本発明に係る１層式の指紋検出部を用いて精度良く指紋画像を取得し、この指紋画像を参照画像と照合して照合結果を出力することができる。
【００５２】
次に、抵抗素子１１１に対する電圧パルスの印加電圧を変化させた場合における加熱終了時の温度上昇と温度上昇比の関係について説明する。図６は、抵抗素子１１１に対する電圧パルスの印加量を変化させた場合における加熱終了時の温度上昇と温度上昇比の関係を示す図である。この温度上昇比とは、指紋の谷部の温度上昇に対する山部の温度上昇の比であり、温度上昇比＝山の温度上昇／谷の温度上昇として表される。従って、温度上昇比が小さくなればなるほど、山部の温度上昇と谷部の温度上昇の差が大きくなり、得られた指紋画像は高コントラストになる。
【００５３】
同図に示すように、当初の間は印加する電圧パルスの印加電圧を高くすればするほど温度上昇比が小さくなり、高コントラストな画像が得られることになるが、印加電圧がある程度を過ぎるとかかる温度上昇比が一定となる。
【００５４】
電圧パルスの印加電圧を高くするということは、消費電力も大きくなることから、むやみに印加電圧を高くすべきではない。このため、信号処理部２０は、コントラストに応じて段階的に抵抗素子１１１へ印加する電圧パルスの印加電圧を上昇させつつも、温度上昇比が一定となる印加電圧以上は印加電圧を上昇させないこととしている。
【００５５】
次に、図５に示した指紋照合装置による指紋画像の取得手順について説明する。図７は、図５に示した指紋照合装置による指紋画像の取得手順を示すフローチャートである。なお、ここでは説明の便宜上、電圧パルスの印加電圧を３段階とした場合を示すこととする。
【００５６】
同図に示すように、まず最初に印加電圧ｖ１の電圧パルスを抵抗素子１１１に印加して該抵抗素子１１１を加熱し、その際にこの抵抗素子１１１で検知する温度信号に基づいて指紋画像を取得し（ステップＳ７０１）、該指紋画像のコントラストが良好であるか否かを確認する（ステップＳ７０２）。
【００５７】
その結果、指紋画像のコントラストが良好であれば（ステップＳ７０２肯定）、該指紋画像に基づいて照合処理や認識処理を実行する（ステップＳ７０６）。これに対して、指紋画像のコントラストが良好でない場合には（ステップＳ７０２否定）、抵抗素子１１１へ印加する電圧パルスの印加電圧をｖ２（ｖ１＜ｖ２）として指紋画像を取得し（ステップＳ７０３）、該指紋画像のコントラストが良好であるか否かを確認する（ステップＳ７０４）。
【００５８】
その結果、指紋画像のコントラストが良好であれば（ステップＳ７０４肯定）、該指紋画像に基づいて照合処理や認識処理を実行する（ステップＳ７０６）。これに対して、指紋画像のコントラストが良好でない場合には（ステップＳ７０４否定）、抵抗素子１１１へ印加する電圧パルスの印加電圧をｖ３（ｖ２＜ｖ３）にして指紋画像を取得した後（ステップＳ７０５）、該指紋画像に基づいて照合処理や認識処理を実行する（ステップＳ７０６）。
【００５９】
上記一連の処理をおこなうことにより、通常の人が有する指紋に対しては測定時間が短く、消費電力も少ない条件で高コントラストな指紋画像を取得し、たとえば指が乾燥している場合のように高コントラストな指紋画像が得られなければ抵抗素子１１１へ印加する電圧パルスの印加電圧を上昇させて再測定することができる。したがって、常に抵抗素子１１１に印加電圧が一定の電圧パルスを印加する場合よりも消費電力を低減しつつ、高コントラストな指紋画像を取得することができる。
【００６０】
なお、ここでは抵抗素子１１１に印加する電圧パルスの印加電圧を変更する場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電圧パルス数を逐次増やすよう構成することもできる。
【００６１】
また、画像のコントラストとしては、たとえば、得られた画像データから（最大温度上昇値−最小温度上昇値）／（最大温度上昇値＋最小温度上昇値）を計算し、この値があらかじめ設定されたしきい値より小さいときはコントラストが低いものと判定し、しきい値より大きいときはコントラストが高いものと判定することができる。
【００６２】
さらに、このコントラストを判定するために統計的な分散を用いることもできる。この場合には、得られた画像データの分散を計算し、この分散があらかじめ設定されたしきい値より小さいときはコントラストが低いものと判定し、しきい値より大きいときはコントラストが高いものと判定することになる。
【００６３】
上述してきたように、本実施の形態１では、ヒーター／センサ回路４１に電圧パルスを印加する際に、行間隔をあけつつ抵抗素子１１１に順次電圧パルスを印加し、この電圧パルスを印加した後、各抵抗素子１１１により温度を検出するよう制御するよう構成したので、隣り合う抵抗素子１１１の熱が周囲の抵抗素子１１１周辺に伝播する悪影響を低減し、もって鮮明な指紋画像を取得することができる。
【００６４】
また、行間隔をあけつつ複数の抵抗素子１１１に同時に電圧パルスを印加するよう構成したので、並列処理によって迅速に鮮明な指紋画像を取得することができる。
【００６５】
（実施の形態２）
ところで、上記実施の形態１では、ヒーターと温度センサを兼用する抵抗素子１１１を用いた１層式の指紋センサを採用した場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ヒーターと温度センサを別個にした２層式の指紋センサを用いた場合にも適用することができる。そこで、以下ではヒーターと温度センサを別個にした２層式の指紋センサを用いた場合について説明する。なお、上記実施の形態１と共通する外観構成などの詳細な説明については省略する。
【００６６】
図８は、本実施の形態２に係る２層式の指紋センサの断面構造を示す図である。同図に示すように、この指紋センサでは、センサ層とヒーター層とを別層にしており、具体的には、この指紋センサの指紋検出部８０は、基板２００上にヒーター２１１を配設して絶縁膜２３０で覆い、ヒーター２１１の上部にセンサ２２１を配設し、その上部を絶縁膜２３０で覆っている。
【００６７】
この指紋検出部８０を構成するヒーター層２１０およびセンサ層２２０は、薄膜技術を用いて形成され、それぞれの厚みは数千Åから数μｍ程度となる。また、熱源となるヒーター２１１は、ポリシリコン、アモルファスシリコンまたはＩＴＯなどの抵抗体材料によって作られる。
【００６８】
また、センサ２２１は、ポリシリコン、アモルファスシリコン、ＩＴＯ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｕなどの抵抗変化型温度検出素子により作られる。なお、このセンサ２２１としては、抵抗変化型の温度検出素子以外に、焦電型の温度検出素子や熱電対などを用いることもできる。
【００６９】
また、図中に示す絶縁膜には、ＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン、Ｔａ₂Ｏ₅、Ａｌ₂Ｏ₃などの絶縁性材料が用いられ、基板２００には、石英、ガラス、ポリイミド、アルミナ、表面を絶縁化したＳｉなどが用いられる。ただし、この絶縁膜および基板２００には、その他の絶縁性材料を用いることもできる。
【００７０】
そして、熱源であるヒーター２１１と温度を検知するセンサ２２１はそれぞれ別層にして絶縁膜２３０を介して基板２００上に積層されている。具体的には、このヒーター２１１とセンサ２２１は、それぞれ略同じ形状のものを水平面上の同じ座標位置に配設するよう構成している。これにより、ヒーター２１１とセンサ２２１の距離は、最大でも数μｍ程度まで接近させることができ、また指面（被検出部）を含めた場合でも数μｍ程度以内に接近させることができるので、測定時間の短縮化および消費電力の低減を実現することができる。
【００７１】
また、ヒーター２１１とセンサ２２１の水平方向の一辺の長さは、数十μm程度となるので、垂直方向の長さが水平方向の長さよりも十分小さくなる。このため、不必要に加熱時間を長くしない限り、熱の流れは垂直方向のみと考えることができる。言い換えると、ヒーター２１１から発生する熱量のうち該ヒーター２１１の下側に流れる熱量を除いたすべての熱量が信号の検出に利用されるので、熱効率に優れ、鮮明な画像が得られることになる。
【００７２】
なお、ここではヒーター２１１とセンサ２２１を略同一形状としたが、配線の引き出し部や引き回しなどで形状が異なる場合でも、ヒーター２１１からの熱がセンサ２２１に短時間に効率的に到達しさえすれば、鮮明な画像が得ることができる。また、積層方向の位置ずれが生じたとしても、画像さえ鮮明に得られれば特に問題とはならない。
【００７３】
次に、図８に示した指紋センサのヒーター回路および検知回路の回路構成について説明する。図９は、図８に示した指紋センサのヒーター回路および検知回路の回路構成の一例を示す図である。
【００７４】
このようにセンサ層とヒーター層を分ける場合には、同図（ａ）に示すヒーター回路８１と、同図（ｂ）に示すセンサ回路８２が基板上に重畳して配設され、このセンサ回路８２に検知回路８３が接続されることになる。
【００７５】
そして、加熱および温度検出は、信号処理部２０によっていずれかの行を選択し、この選択した行のヒーター２１１およびセンサ２２１に所定の定電圧パルスを印加することでおこなう。すなわち、上記実施の形態１によれば、一つの電圧パルスにより加熱および温度検出をおこなっていたわけであるが、本実施の形態２によれば、ヒーター回路８１およびセンサ回路８２にそれぞれ電圧パルスを印加する必要が生ずる。
【００７６】
ここで、この信号処理部では、行を単に順々にずらしながらヒーター／センサ回路へ電圧パルスを印加しているのではなく、上記実施の形態１と同様に行間隔をあけながら各行に順次電圧パルスを印加している。行間隔をあけることとした理由は、隣接したヒーター２１１を同時に加熱することにより生ずる平面的分解能の低下を防ぐためである。
【００７７】
また、図３と同様に、センサ回路８２の列配線と検知回路８３のＩＶアンプは、それぞれ数列ごとにスイッチＳＷにより切り替え接続される。かかるスイッチＳＷを設けた理由は、隣接した列が同時に加熱されないようにするためである。
【００７８】
次に、ヒーター２１１に電圧パルスを印加して加熱するタイミングとセンサ２２１に電圧パルスを印加して温度を検出するタイミングとの関係について説明する。図１０は、ヒーター２１１に電圧パルスを印加して加熱するタイミングとセンサ２２１に電圧パルスを印加して温度を検出するタイミングとの関係を説明するための説明図である。
【００７９】
すでに説明したように、１層式の指紋センサの場合には、加熱タイミングと温度検出タイミングを一つの電圧パルスによって制御するため、抵抗素子に電圧を印加したと同時（時刻ｔｓ）または電圧を印加した直後（時刻ｔｓ＋α；ただしαは定数）の温度が上がっていない状態での電流値をホールドすることになる。これに対して、２層式の場合には、加熱タイミングと温度検出タイミングを別個の電圧パルスによって制御するため、時刻ｔｓの直前（時刻ｔｓ−α）の電流値をホールドすることができる。ただし、この時刻ｔｓ−αが時刻ｔｓよりもかなり早いようだと環境温度の影響を受ける結果となる。
【００８０】
次に、ヒーター層とセンサ層を別層した２層式の指紋センサを採用した指紋照合装置の構成について説明する。図１１は、ヒーター層とセンサ層を別層した２層式の指紋センサを採用した指紋照合装置の構成を示す機能ブロック図である。なお、図５に示した１層式と同様の機能部には同一の符号を付している。
【００８１】
同図に示すように、この指紋照合装置は、指紋センサ（指紋検出部８０および信号処理部２０）と、指紋照合部３０とからなる。ここで、信号処理部２０および指紋照合部３０は、図５に示すものとほぼ同様のものとなるが、電圧パルス出力部２２は、ヒーター回路８１に加熱用の電圧パルスを印加するとともにセンサ回路８２に対して温度検出用の電圧パルスを印加する。なお、両電圧パルスの印加タイミングは、図１０を用いて説明した通りである。
【００８２】
上述してきたように、本実施の形態２では、ヒーター回路８１に電圧パルスを印加する際に、行間隔をあけつつヒーター２１１に順次電圧パルスを印加し、この電圧パルスを印加した後センサ回路８２に電圧パルスを印加して、センサ２２１により温度を検出するよう制御するよう構成したので、隣り合うヒーター２１１の熱が周囲のセンサ２２１周辺に伝播する悪影響を低減し、もって鮮明な指紋画像を取得することができる。
【００８３】
また、行間隔をあけつつ複数のヒーター２１１に同時に電圧パルスを印加するよう構成したので、並列処理によって迅速に鮮明な指紋画像を取得することができる。
【００８４】
なお、本実施の形態２では、ヒーター層２１０の上部にセンサ層２２０を積層することとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ヒーター層２１０の下部にセンサ層２２０度を設けることもできる。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、所定数の抵抗素子個数分間隔をあけつつ互いに隣接しない抵抗素子に順次電圧パルスを印加し、この電圧パルスを印加した後、抵抗素子により温度を検出するよう制御するよう制御するよう構成したので、隣り合う抵抗素子の熱が本来の温度センサ以外の温度センサの周辺に伝播する悪影響を低減し、もって鮮明な指紋画像を取得することが可能な指紋センサが得られるという効果を奏する。
【００８６】
また、請求項２の発明によれば、所定数のヒーター個数分間隔をあけつつ互いに隣接しないヒーターに順次電圧パルスを印加し、この電圧パルスを印加した後、複数の温度センサにより温度を検出するよう制御するよう構成したので、隣り合うヒーターの熱が本来の温度センサ以外の温度センサの周辺に伝播する悪影響を低減し、もって鮮明な指紋画像を取得することが可能な指紋センサが得られるという効果を奏する。
【００８７】
また、請求項３の発明によれば、所定数の抵抗素子個数分または所定数のヒーター個数分間隔のあいた複数の抵抗素子または複数のヒーターに対して同時に電圧パルスを印加するよう構成したので、並列処理によって迅速に鮮明な指紋画像を取得することが可能な指紋センサが得られるという効果を奏する。
【００８８】
また、請求項４の発明によれば、抵抗素子または温度センサおよびヒーターが所定数の行列からなるマトリックス状に配設され、所定数の行間隔をあけつつ同時に電圧パルスを印加するよう構成したので、行単位での簡単な電圧パルス制御により迅速に鮮明な指紋画像を取得することが可能な指紋センサが得られるという効果を奏する。
【００８９】
また、請求項５の発明によれば、抵抗素子または温度センサにより検出された電流をサンプルアンドホールドする検知手段をマトリックス状に配設された抵抗素子または温度センサの所定数の列ごとに設け、該所定数の列の抵抗素子または温度センサと検知手段を切り替え接続するよう構成したので、列方向に隣接する抵抗素子間またはヒーターからの温度センサへの伝熱による悪影響を防止し、もって鮮明な指紋画像を取得することが可能な指紋センサが得られるという効果を奏する。
【００９０】
また、請求項６の発明によれば、抵抗素子またはヒーターは少なくともダイオード特性を有するよう構成したので、切り替え時の端末解放による電流の回り込みを防止することが可能な指紋センサが得られるという効果を奏する。
【００９１】
また、請求項７の発明によれば、所定数の抵抗素子個数分間隔をあけつつ互いに隣接しない抵抗素子に順次電圧パルスを印加し、この電圧パルスを印加した後、抵抗素子により温度を検出するよう制御するよう制御するよう構成したので、隣り合う抵抗素子の熱が本来の温度センサ以外の温度センサの周辺に伝播する悪影響を低減し、もって鮮明な指紋画像を取得することが可能な指紋画像検出方法が得られるという効果を奏する。
【００９２】
また、請求項８の発明によれば、所定数のヒーター個数分間隔をあけつつ互いに隣接しないヒーターに順次電圧パルスを印加し、この電圧パルスを印加した後、複数の温度センサにより温度を検出するよう制御するよう構成したので、隣り合うヒーターの熱が本来の温度センサ以外の温度センサの周辺に伝播する悪影響を低減し、もって鮮明な指紋画像を取得することが可能な指紋画像検出方法が得られるという効果を奏する。
【００９３】
また、請求項９の発明によれば、所定数の抵抗素子個数分または所定数のヒーター個数分間隔のあいた複数の抵抗素子または複数のヒーターに対して同時に電圧パルスを印加するよう構成したので、並列処理によって迅速に鮮明な指紋画像を取得することが可能な指紋画像検出方法が得られるという効果を奏する。
【００９４】
また、請求項１０の発明によれば、抵抗素子または温度センサおよびヒーターが所定数の行列からなるマトリックス状に配設され、所定数の行間隔をあけつつ同時に電圧パルスを印加するよう構成したので、行単位での簡単な電圧パルス制御により迅速に鮮明な指紋画像を取得することが可能な指紋画像検出方法が得られるという効果を奏する。
【００９５】
また、請求項１１の発明によれば、請求項７〜１０のいずれか一つに記載された方法をコンピュータに実行させることで、そのプログラムを機械読み取り可能となり、これによって、請求項７〜１０のいずれか一つの動作をコンピュータによって実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る指紋センサの外観構成を示す図である。
【図２】図１に示した指紋検出部の断面構造を示す図である。
【図３】図１に示した指紋検出部内に設けられるヒーター／センサ回路および信号処理部内に設けられる検知回路の回路構成並びにこのヒーター／センサ回路に対する電圧パルスの印加タイミングの一例を示す図である。
【図４】図３に示した抵抗素子に電圧パルスを印加してヒーターとして加熱するタイミングとこの抵抗素子により温度を検出するタイミングとの関係を説明するための説明図である。
【図５】図１に示した指紋センサを用いた指紋照合装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図６】抵抗素子に対する電圧パルスの印加量を変化させた場合における加熱終了時の温度上昇と温度上昇比の関係を示す図である。
【図７】図５に示した指紋照合装置による指紋画像の取得手順を示すフローチャートである。
【図８】本実施の形態２に係る２層式の指紋センサの断面構造を示す図である。
【図９】図２に示した指紋センサのヒーター回路および検知回路の回路構成の一例を示す図である。
【図１０】ヒーターに電圧パルスを印加して加熱するタイミングとセンサに電圧パルスを印加して温度を検出するタイミングとの関係を説明するための説明図である。
【図１１】ヒーター層とセンサ層を別層した２層式の指紋センサを採用した指紋照合装置の構成を示す機能ブロック図である。
【符号の説明】
１指紋センサ
１０指紋検出部
１１検出面
２０信号処理部
２１制御部
２２電圧パルス出力部
２３検知部
２４コントラスト判定部
２５しきい値記憶部
２６画像データ出力部
３０指紋照合部
３１画像入力部
３２参照画像記憶部
３３照合処理部
４１ヒーター／センサ回路
４２検知回路
８０指紋検出部
８１ヒーター回路
８２センサ回路
８３検知回路
１００基板
１１０ヒータ兼センサ層
１１１抵抗素子
１１２絶縁膜
２００基板
２１０ヒーター層
２２０センサ層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
In the present invention, a plurality of temperature sensors and heaters are arranged below the detection surface on which a finger is placed, and heat generated by applying a voltage pulse to each heater is transferred to the valley and peak portions of the fingerprint. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fingerprint sensor that detects a fingerprint image based on a difference in thermal characteristics, a fingerprint image detection method, and a program that causes a computer to execute the method. The present invention relates to a fingerprint sensor capable of quickly acquiring a clear fingerprint image, a fingerprint image detection method, and a program for causing a computer to execute the method.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a technique for detecting a fingerprint image based on a difference in heat transfer characteristics between a valley portion and a peak portion of a fingerprint has attracted attention. For example, in Japanese Patent Publication No. 11-503347 (prior art 1), the temperature of each detection member is measured by heating the detection member with a heat source, and the temperature or temperature change of each detection member is compared with the amount of applied heat. A fingerprint detector is disclosed that measures heat loss from a heat transfer surface to a heat conducting surface and forms an image based on the measured change state of the heat loss.
[0003]
In this prior art 1, since the skin of the crest of the fingerprint is in contact with the detection surface, heat loss to the skin is large, and in the trough of the fingerprint, air forming a heat insulator is interposed between the detection surface and the skin. For this reason, the ridges and valleys of the fingerprint are reconstructed as an image using the characteristic that heat loss is small.
[0004]
However, in this prior art 1, since the heater and the temperature sensor that constitute the heat source are arranged on the same plane, there are problems that the accuracy of the fingerprint image is reduced and the power consumption by the heater is increased. That is, since the fingerprint pitch is usually about several hundred μm, it is necessary to arrange a plurality of temperature sensors as densely as possible. However, if a heater is arranged between the temperature sensors, the distance between the temperature sensors is increased. As a result, the measurement accuracy is degraded.
[0005]
In particular, considering the size of the temperature sensor and the heater itself in the distance, the distance between the temperature sensor and the heater is also separated, so it takes time for the heat generated from the heater to reach the temperature sensor. , The measurement time becomes longer. As a result, it is necessary to increase the time for generating heat from the heater, and the power consumption of the heater increases. Further, since the heat generated from the heater spreads three-dimensionally, if the heater and the temperature sensor are separated from each other, only a part of the heated heat reaches the temperature sensor, resulting in a decrease in thermal efficiency and a blurred image. Result.
[0006]
For this reason, the present applicant can improve the accuracy of the fingerprint image and reduce the power consumption by the heater when detecting the fingerprint image using the heat transfer characteristics of the crest and trough of the fingerprint. An application for a fingerprint sensor or the like has been filed in Japanese Patent Application No. 2000-164681 (prior art 2).
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the conventional technique 2 sequentially heats a heater by applying voltage pulses to adjacent heaters, this heat propagates to adjacent sensors when a heater is heated. There is a problem that the planar resolution is lowered.
[0008]
Specifically, in this prior art 2, the temperature after the voltage pulse is applied to the heater is detected, and if the temperature is less than a predetermined value, it is considered that the heat has propagated to the fingerprint peak, and the fingerprint peak If it is determined that the temperature is equal to or greater than a predetermined value, it is determined that the heat does not propagate and the valley of the fingerprint is determined. Therefore, the temperature around each temperature sensor is an important factor. Here, if the temperature sensor and the heater are integrated or close to each other and the heater is heated by sequentially applying voltage pulses for each row, the heat of one heater propagates around the other temperature sensor, resulting in a clear There is a risk that a fingerprint image cannot be obtained.
[0009]
Further, according to this prior art 2, since adjacent heaters are sequentially heated, there is a problem that it takes time to heat all the heaters. A fingerprint sensor used for entry / exit management and the like requires high-speed processing that allows smooth entry / exit, and therefore, the time required from heating to detection of a fingerprint pattern needs to be shortened as much as possible.
[0010]
The present invention has been made to solve the above-described problems caused by the prior art, and when a fingerprint image is detected using the heat transfer characteristics of the crests and troughs of a fingerprint, the fingerprint can be quickly and clearly formed. An object of the present invention is to provide a fingerprint sensor, a fingerprint pattern detection device, a fingerprint pattern detection method, and a program that can acquire an image.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems and achieve the object, the fingerprint sensor according to the invention of claim 1 is provided with a plurality of resistance elements having the roles of a temperature sensor and a heater at the lower part of the detection surface on which the finger is placed. In a fingerprint sensor that detects a fingerprint image based on a difference in heat transfer characteristics in which heat generated by applying a voltage pulse to each resistance element is transferred to the valley and peak of the fingerprint, a predetermined number of resistance elements Voltage pulse applying means for sequentially applying voltage pulses to resistance elements that are not adjacent to each other with a gap therebetween, and temperature detection control means for controlling the resistance elements to detect the temperature after applying the voltage pulses by the voltage pulse applying means It is characterized by comprising.
[0012]
Further, the fingerprint sensor according to the invention of claim 2 is provided with a plurality of temperature sensors and heaters below the detection surface on which the finger is placed, and heat generated by applying a voltage pulse to each heater generates a valley of the fingerprint. Voltage pulse applying means for sequentially applying voltage pulses to heaters that are not adjacent to each other in a fingerprint sensor that detects a fingerprint image based on a difference in heat transfer characteristics of heat transfer between the head and the mountain And a temperature detection control means for controlling the temperature pulses to be detected by the plurality of temperature sensors after the voltage pulse is applied by the voltage pulse application means.
[0013]
According to a third aspect of the present invention, there is provided the fingerprint sensor according to the first or second aspect, wherein the voltage pulse applying means includes a plurality of resistance elements spaced by a predetermined number of resistance elements or a predetermined number of heaters. Alternatively, voltage pulses are simultaneously applied to a plurality of heaters.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the fingerprint sensor according to the first, second, or third aspect, wherein the resistance element or the temperature sensor and the heater are arranged in a matrix formed of a predetermined number of matrices, and the voltage pulse The applying means applies a voltage pulse simultaneously with a predetermined number of row intervals.
[0015]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the fingerprint sensor according to the fourth aspect of the present invention, wherein the detection element that samples and holds the current detected by the resistance element or the temperature sensor is arranged in the matrix shape. Alternatively, it is provided for each predetermined number of columns of temperature sensors, and the detection element is switched and connected to the resistance elements or temperature sensors of the predetermined number of columns.
[0016]
According to a sixth aspect of the present invention, in the fingerprint sensor according to the first to fourth aspects of the present invention, the resistance element or the heater has at least a diode characteristic.
[0017]
According to the fingerprint image detecting method of the present invention, a plurality of resistance elements having the role of a temperature sensor and a heater are disposed below the detection surface on which the finger is placed, and a voltage pulse is applied to each resistance element. In a fingerprint image detection method of a fingerprint sensor for detecting a fingerprint image based on a difference in heat transfer characteristics in which heat generated by the heat is transferred to a valley portion and a peak portion of a fingerprint, a predetermined number of resistance elements are spaced apart. A voltage pulse applying step of sequentially applying a voltage pulse to resistance elements that are not adjacent to each other; and a temperature detection control step of controlling the resistance element to detect the temperature after applying the voltage pulse by the voltage pulse applying step. It is characterized by that.
[0018]
In the fingerprint image detecting method according to the eighth aspect of the present invention, a plurality of temperature sensors and heaters are disposed below the detection surface on which the finger is placed, and heat generated by applying voltage pulses to each heater is generated by the fingerprint. In a fingerprint image detection method of a fingerprint sensor for detecting a fingerprint image based on a difference in heat transfer characteristics of heat transfer between a valley portion and a mountain portion, voltage pulses are sequentially applied to heaters that are not adjacent to each other while being spaced by a predetermined number of heaters. And a temperature detection control step of controlling the plurality of temperature sensors to detect the temperature after applying the voltage pulse in the voltage pulse application step.
[0019]
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided the fingerprint image detecting method according to the seventh or eighth aspect, wherein the voltage pulse applying step includes a plurality of resistance elements or a predetermined number of heaters spaced at intervals of a predetermined number. A voltage pulse is simultaneously applied to the resistance element or the plurality of heaters.
[0020]
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided the fingerprint image detecting method according to the seventh, eighth or ninth aspect, wherein the resistance element or the temperature sensor and the heater are arranged in a matrix composed of a predetermined number of matrices. The voltage pulse applying step is characterized in that a voltage pulse is applied simultaneously with a predetermined number of row intervals.
[0021]
In addition, the program according to the invention of claim 11 is machine-readable by causing a computer to execute the method described in any one of claims 7 to 10, thereby enabling the program to be read. Any one of the operations can be realized by a computer.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Exemplary embodiments of a fingerprint sensor, a fingerprint image detection method, and a program according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings. In the first embodiment, a case where a single-layer fingerprint sensor that uses both the heater and the temperature sensor with the same resistance element is described. In the second embodiment, the heater and the temperature sensor have different resistance elements. A case where a two-layer fingerprint sensor is used will be described.
[0023]
(Embodiment 1)
First, a one-layer fingerprint sensor used in the first embodiment will be described. FIG. 1 is a diagram showing an external configuration of a fingerprint sensor according to the first embodiment. As shown in the figure, the fingerprint sensor 1 includes a fingerprint detection unit 10 that detects a fingerprint image and a signal processing unit 20 that performs signal processing. Here, the fingerprint sensor 1 is a fingerprint sensor that acquires a fingerprint image by a heat conduction method, and a plurality of resistance elements that serve both as a heater and a temperature sensor are formed in a matrix form below the detection surface of the fingerprint detection unit 10. Each line is heated sequentially, and a temperature rise immediately after that is detected by a plurality of resistance elements, that is, temperature sensors, to obtain a fingerprint image.
[0024]
Next, the structure of the fingerprint sensor 1 shown in FIG. 1 will be described more specifically. FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure of the fingerprint detection unit 10 shown in FIG. As shown in FIG. 2, the fingerprint sensor 1 includes a resistance element 111 on a substrate 100, wiring is provided so as to be in contact with the resistance element 111, and an upper portion thereof is covered with an insulating film 112. The heater / sensor layer 110 is disposed on the surface. Here, for convenience of explanation, the case where only four resistance elements 111 are provided on the substrate 100 shown in FIG. 2 is shown, but actually, for example, 256 × 256 (total of 65536) resistance elements are provided on the substrate 100. 111 is formed in a matrix.
[0025]
As the substrate 100 shown in the figure, quartz, glass, polyimide, alumina, Si having an insulated surface, or the like is used. However, the present invention is not limited to this, and other insulating materials can be used.
[0026]
Since the resistance element 111 serves as a heater for heating the detection surface 11 and a temperature sensor for detecting temperature, the resistance element 111 has characteristics as a heating element and characteristics as a resistance change type temperature sensor. Is required. Examples of the material of the resistance element 111 include a resistance element material such as polysilicon, amorphous silicon, or ITO.
[0027]
The temperature is detected by applying a predetermined voltage to the resistance element 111 and detecting the magnitude of the current flowing at that time (resistance change type temperature detection element). In addition, since the temperature detection element which performs only the role which detects temperature is not provided here, the internal structure of the fingerprint detection part 10 is simplified, and the surface state (unevenness | corrugation) of the detection surface 11 may be made into a desired state. It becomes easy.
[0028]
Here, considering that the fingerprint pitch is about several hundreds of micrometers, the arrangement pitch of the resistance elements 111 is set to about 50 to 100 μm, and the thickness of the resistance elements 111 is set to about 0.1 to 1 μm. .
[0029]
The insulating film 112 is a layer that forms the detection surface 11 and protects the resistance element 111 and the wiring. The insulating film 112 is required to be as thin as possible because of its characteristics, but here, the thickness of the insulating film 112 itself is about 0.5 to 2 μm. As a material of the insulating film 112, for example, SiO ₂ , Si _Three N _Four , Diamond, diamond-like carbon, Ta ₂ O _Five , Al ₂ O _Three Insulating materials such as
[0030]
Next, the circuit configuration of the heater / sensor circuit 41 provided in the fingerprint detection unit 10 and the detection circuit 42 provided in the signal processing unit 20 shown in FIG. 1 and the application timing of the voltage pulse to the heater / sensor circuit 41 will be described. explain. 3 shows the circuit configuration of the heater / sensor circuit 41 provided in the fingerprint detection unit 10 and the detection circuit 42 provided in the signal processing unit 20 shown in FIG. 1, and the application timing of the voltage pulse to the heater / sensor circuit 41. It is a figure which shows an example.
[0031]
In the heater / sensor circuit 41, for example, 256 × 256 resistor elements 111 serving as heaters and temperature sensors are arranged in a matrix, and each resistor element 111 is arranged in a horizontal direction (row) and a vertical direction (column). The 256 wires 113 are connected.
[0032]
The detection circuit 42 is a circuit that receives temperature data from each resistance element 111 arranged in a matrix and detects the temperature. Specifically, temperature-related data is received through horizontal and vertical wirings 113 connecting the respective resistance elements 111. Note that circuits such as an IV amplifier and an operation amplifier shown in the figure are circuit portions that convert, amplify, and latch a temperature signal.
[0033]
Heating and temperature detection are performed by selecting one of the rows by the signal processing unit 20 and applying a predetermined constant voltage pulse to the resistance elements 111 of the selected row. Further, by sequentially switching and scanning the selected rows, the same heating and temperature detection can be performed for all the resistance elements 111.
[0034]
Here, the signal processing unit 20 does not apply the voltage pulse to the heater / sensor circuit 41 while simply shifting the rows in order, but sequentially applies the voltage pulse to each row with an interval between rows. . The reason why the line spacing is increased is to prevent a reduction in planar resolution caused by sequentially heating adjacent resistance elements 111.
[0035]
For example, when the voltage pulse P1 is applied to the terminal T1 of the heater / sensor circuit 41 to cause the resistance element 111 to generate heat and the voltage pulse P2 is subsequently applied to the terminal T2 adjacent to the terminal T1, the first voltage pulse Since heat propagates not only around the resistive element R1 that is originally intended to be heated by P1, but also around the resistive element R2, it is assumed that a voltage pulse for detecting the temperature of the resistive element R2 is applied to the terminal T2 thereafter. However, the periphery of the resistance element R2 retains heat, and as a result, the planar resolution decreases.
[0036]
Therefore, here, if a voltage pulse P1 is applied to the terminal T1 as shown in FIG. 3, then control is performed so that the voltage pulse P2 is applied to the terminal T3 with a row interval, and the heat generated by the resistance element R1 is generated. The influence on the resistance element R3 is reduced, thereby increasing the planar resolution and shortening the detection time. It is also possible to apply a voltage pulse to these rows at the same time, with an interval of 32 rows such as the first row, the 33rd row, the 65th row, the 97th row, the 129th row, and so on. In this case, next time, voltage pulses are simultaneously applied to the third, 35th, 67th, 99th, 131st,.
[0037]
Further, as shown in FIG. 3, the column wiring 113 of the heater / sensor circuit 41 and the IV amplifier of the detection circuit 42 are switched and connected by a switch SW every several columns. The reason for providing such a switch SW is to prevent adjacent columns from being heated simultaneously. Each resistance element 111 is provided with a diode. This is to prevent current from flowing into the column whose terminals are released by the switch SW.
[0038]
Next, the relationship between the timing at which a voltage pulse is applied to the resistance element 111 to heat it as a heater and the timing at which the resistance element 111 detects temperature will be described. FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the timing at which a voltage pulse is applied to the resistance element 111 shown in FIG. 3 to heat it as a heater and the temperature at which the resistance element 111 detects temperature.
[0039]
As shown in FIG. 5A, after the finger is placed on the detection surface 11, when the voltage application is finished at a time te after a predetermined time from the time ts when the voltage for detecting the fingerprint is applied, As shown in FIG. 2B, the temperature around the resistance element 111 starts increasing from time ts, and the temperature around the resistance element 111 decreases from time te. Here, since the temperature rise characteristics of the valley and peak of the fingerprint are different as shown in the figure, the difference between the temperature rise characteristics is used to detect the peak and valley of the fingerprint.
[0040]
Specifically, since the detection current that is the output of the IV amplifier of the detection circuit 42 is as shown in FIG. 5C, the voltage is applied to the resistance element at the same time (time ts) or immediately after the voltage is applied (time). ts + α; where α is a constant) holds the current value when the temperature is not increased. Also, as shown in FIG. 4D, a differential signal after time ts + β (time te), that is, temperature fluctuation is detected, and the voltage difference between ΔV (peak) and ΔV (valley) is used to detect the fingerprint. Detect peaks and valleys. Specifically, a differential signal between the current value corresponding to the temperature at time ts or ts + α and the current value at time te, which is the falling time of the voltage pulse, is detected, and the fingerprint is based on the detected value. Detects peaks and valleys. At this time, if the application time of the voltage pulse is fixed, the time te is a predetermined time after the time ts or ts + α, so that the temperature detection timing can be easily grasped without being aware of the fall of the voltage pulse.
[0041]
The hold timing and the operation output timing are performed based on a timing signal from a timing signal control circuit (not shown). The detection when the finger is pressed against the detection surface 11 is detected by a method (not shown), for example, by detecting a change in capacitance when the finger is placed with a living body detection sensor on the detection surface, or separately. This is performed by detecting that a predetermined pressure is applied to the detection surface by the press detection sensor.
[0042]
Here, in the first embodiment, after the finger is placed on the detection surface 11, the current value at the time ts at which the voltage is applied or the time ts + α immediately after the voltage is applied in order to start the fingerprint detection is held. This is important. That is, if the current value in the steady state before placing the finger on the detection surface 11 is held, the influence of the environmental temperature on the detection accuracy becomes large. For example, if the temperature of the detection surface 11 becomes lower than the body temperature. This is because the value of ΔV (mountain portion) increases, and such a peak portion may be regarded as a valley portion.
[0043]
Next, a fingerprint collation apparatus using the fingerprint sensor shown in FIG. 1 will be described. FIG. 5 is a functional block diagram showing the configuration of the fingerprint collation apparatus using the fingerprint sensor shown in FIG.
[0044]
As shown in the figure, the fingerprint collation apparatus includes a fingerprint sensor 1 (fingerprint detection unit 10 and signal processing unit 20) and a fingerprint collation unit 30. The signal processing unit 20 is a processing unit that generates a fingerprint image based on the temperature signal detected by the fingerprint detection unit 10. The signal processing unit 20 includes a control unit 21, a voltage pulse output unit 22, a detection unit 23, The image forming apparatus includes a contrast determination unit 24, a threshold storage unit 25, and an image data output unit 26. These units operate as follows under the control of the control unit 21.
[0045]
When a finger is pressed against the detection surface 11, the control unit 21 detects this by a method (not shown) (for example, by detecting a change in capacitance when a finger is placed with a living body detection sensor provided on the detection surface). In addition, a separate pressure detection sensor detects that a predetermined pressure is applied to the detection surface), and sends a measurement start instruction to the voltage pulse output unit 22 in order to detect the fingerprint image of the finger. Receiving this, the voltage pulse output unit 22 performs heating and temperature detection by applying a constant voltage pulse to each row of the fingerprint detection unit 10.
[0046]
That is, the voltage pulse output unit 22 selects any row of the fingerprint detection unit 10 and outputs a constant voltage pulse for heating to the selected row. Specifically, this line selection is performed with a gap between the lines as described above. As a result, the resistance elements 111 in the selected row generate heat and a temperature distribution is generated on the detection surface 11.
[0047]
And after predetermined time progress, the detection part 23 of the signal processing part 20 detects an electric current. That is, since the resistance value of the resistance element 111 changes depending on the temperature, a current having a magnitude corresponding to the temperature flows through the resistance element 111, and thus this current is detected. As a result, a signal (temperature signal) corresponding to the temperature of each selected resistance element 111 is output to the control unit 21. The heating and temperature measurement operations described above are sequentially performed for all rows.
[0048]
After that, the control unit 21 that has obtained this temperature signal forms a fingerprint image based on the temperature signal (temperature distribution), and the contrast determination unit 24 stores the contrast of the input fingerprint image in the threshold value storage unit 25. When the contrast exceeds the threshold value, it is determined that the fingerprint image is satisfactory, and the fingerprint image is output from the image data output unit 26. The contrast determination will be described later.
[0049]
The fingerprint collation unit 30 is a processing unit that compares the fingerprint image input from the signal processing unit 20 with a reference fingerprint image registered in advance and collates whether or not they match. The fingerprint collation unit 30 includes an image input unit 31, a reference image storage unit 32, and a collation processing unit 33.
[0050]
The image input unit 31 is a processing unit that receives the fingerprint image input from the signal processing unit 20 and outputs the fingerprint image to the collation processing unit 33. The reference image storage unit 32 stores the comparison of the input fingerprint images in advance. The target fingerprint image is stored. The collation processing unit 33 collates the fingerprint image input from the image input unit 31 with the reference fingerprint image stored in the reference image storage unit 32. That is, the two are compared to determine the coincidence, and the collation result is output.
[0051]
By using the fingerprint collation apparatus having such a configuration, a fingerprint image is accurately obtained using the one-layer fingerprint detection unit according to the present invention, and the fingerprint image is collated with a reference image and a collation result is output. Can do.
[0052]
Next, the relationship between the temperature rise at the end of heating and the temperature rise ratio when the voltage pulse application voltage to the resistance element 111 is changed will be described. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the temperature rise at the end of heating and the temperature rise ratio when the amount of voltage pulse applied to the resistance element 111 is changed. The temperature increase ratio is a ratio of the temperature increase at the peak portion to the temperature increase at the valley portion of the fingerprint, and is expressed as temperature increase ratio = temperature increase at the peak / temperature increase at the valley. Therefore, the smaller the temperature rise ratio, the larger the difference between the temperature rise at the peak and the temperature rise at the valley, and the obtained fingerprint image has a higher contrast.
[0053]
As shown in the figure, during the initial period, the higher the applied voltage of the applied voltage pulse, the smaller the temperature rise ratio and the higher the contrast image can be obtained. This temperature rise ratio becomes constant.
[0054]
Increasing the applied voltage of the voltage pulse also increases power consumption, so the applied voltage should not be increased unnecessarily. For this reason, the signal processing unit 20 should increase the applied voltage of the voltage pulse applied to the resistance element 111 stepwise according to the contrast, but not increase the applied voltage beyond the applied voltage at which the temperature rise ratio is constant. It is said.
[0055]
Next, a procedure for acquiring a fingerprint image by the fingerprint collation apparatus shown in FIG. 5 will be described. FIG. 7 is a flowchart showing a procedure for acquiring a fingerprint image by the fingerprint collation apparatus shown in FIG. Here, for the sake of convenience of explanation, the case where the applied voltage of the voltage pulse is set to three stages is shown.
[0056]
As shown in the figure, first, a voltage pulse of the applied voltage v1 is applied to the resistance element 111 to heat the resistance element 111, and a fingerprint image is generated based on a temperature signal detected by the resistance element 111 at that time. It is acquired (step S701), and it is confirmed whether or not the contrast of the fingerprint image is good (step S702).
[0057]
As a result, if the contrast of the fingerprint image is good (Yes at step S702), collation processing and recognition processing are executed based on the fingerprint image (step S706). On the other hand, when the contrast of the fingerprint image is not good (No at Step S702), the fingerprint image is acquired with the applied voltage of the voltage pulse applied to the resistance element 111 as v2 (v1 <v2) (Step S703). It is confirmed whether or not the contrast of the fingerprint image is good (step S704).
[0058]
As a result, if the fingerprint image has good contrast (Yes at step S704), collation processing and recognition processing are executed based on the fingerprint image (step S706). On the other hand, when the contrast of the fingerprint image is not good (No at step S704), the fingerprint image is acquired after setting the applied voltage of the voltage pulse applied to the resistance element 111 to v3 (v2 <v3) (step S705). ), Collation processing and recognition processing are executed based on the fingerprint image (step S706).
[0059]
By performing the above series of processing, a fingerprint image of a normal person is obtained with a high contrast fingerprint image under conditions where the measurement time is short and the power consumption is low. For example, as in the case where the finger is dry If a high-contrast fingerprint image is not obtained, the voltage applied to the resistance element 111 can be increased and remeasured. Accordingly, it is possible to obtain a high-contrast fingerprint image while reducing power consumption compared to the case where a voltage pulse with a constant applied voltage is always applied to the resistance element 111.
[0060]
Although the case where the applied voltage of the voltage pulse applied to the resistance element 111 is changed is shown here, the present invention is not limited to this, and the voltage pulse number can be increased sequentially.
[0061]
As the image contrast, for example, (maximum temperature rise value−minimum temperature rise value) / (maximum temperature rise value + minimum temperature rise value) is calculated from the obtained image data, and this value is preset. When it is smaller than the threshold value, it can be determined that the contrast is low, and when it is larger than the threshold value, it can be determined that the contrast is high.
[0062]
Furthermore, statistical variance can be used to determine this contrast. In this case, the variance of the obtained image data is calculated, and when the variance is smaller than a preset threshold value, it is determined that the contrast is low, and when the variance is larger than the threshold value, the contrast is high. It will be judged.
[0063]
As described above, in the first embodiment, when a voltage pulse is applied to the heater / sensor circuit 41, the voltage pulse is sequentially applied to the resistance element 111 with a row interval, and the voltage pulse is applied. Since each resistance element 111 is controlled to detect the temperature, it is possible to reduce the adverse effect of the heat of adjacent resistance elements 111 being propagated around the surrounding resistance elements 111, thereby obtaining a clear fingerprint image. it can.
[0064]
In addition, since the voltage pulse is applied to the plurality of resistance elements 111 at the same time while keeping the row interval, a clear fingerprint image can be quickly acquired by parallel processing.
[0065]
(Embodiment 2)
By the way, in the first embodiment, the case where the one-layer fingerprint sensor using the resistance element 111 that also serves as the heater and the temperature sensor is employed has been described. However, the present invention is not limited to this, and the heater It can also be applied to a case where a two-layer fingerprint sensor in which a temperature sensor and a temperature sensor are separately used. Therefore, a case where a two-layer fingerprint sensor in which a heater and a temperature sensor are separated will be described below. Note that a detailed description of the external configuration common to the first embodiment will be omitted.
[0066]
FIG. 8 is a diagram showing a cross-sectional structure of a two-layer fingerprint sensor according to the second embodiment. As shown in the figure, in this fingerprint sensor, the sensor layer and the heater layer are separated from each other. Specifically, the fingerprint detection unit 80 of this fingerprint sensor has a heater 211 disposed on the substrate 200. The sensor 221 is disposed above the heater 211, and the upper part is covered with the insulating film 230.
[0067]
The heater layer 210 and the sensor layer 220 constituting the fingerprint detection unit 80 are formed by using a thin film technology, and each thickness is about several thousand to several μm. The heater 211 serving as a heat source is made of a resistor material such as polysilicon, amorphous silicon, or ITO.
[0068]
The sensor 221 is made of a resistance change type temperature detecting element such as polysilicon, amorphous silicon, ITO, Pt, Ni, or Cu. As the sensor 221, a pyroelectric temperature detection element, a thermocouple, or the like can be used in addition to the resistance change type temperature detection element.
[0069]
In addition, the insulating film shown in FIG. ₂ , Si _Three N _Four , Diamond, diamond-like carbon, Ta ₂ O _Five , Al ₂ O _Three The substrate 200 is made of quartz, glass, polyimide, alumina, Si whose surface is insulated, or the like. However, other insulating materials can be used for the insulating film and the substrate 200.
[0070]
The heater 211 that is a heat source and the sensor 221 that detects the temperature are stacked on the substrate 200 through the insulating film 230 as separate layers. Specifically, the heater 211 and the sensor 221 are configured so that substantially the same shape is disposed at the same coordinate position on the horizontal plane. As a result, the distance between the heater 211 and the sensor 221 can be as close as several μm at the maximum, and even when the finger surface (detected portion) is included, it can be brought within several μm. Reduction of time and power consumption can be realized.
[0071]
In addition, since the length of one side in the horizontal direction of the heater 211 and the sensor 221 is about several tens of μm, the length in the vertical direction is sufficiently smaller than the length in the horizontal direction. For this reason, unless the heating time is unnecessarily prolonged, the heat flow can be considered only in the vertical direction. In other words, all of the heat generated from the heater 211, excluding the heat flowing to the lower side of the heater 211, is used for signal detection, so that a clear image with excellent thermal efficiency can be obtained.
[0072]
Here, the heater 211 and the sensor 221 have substantially the same shape. However, even when the shapes are different due to the lead-out portion or the routing of the wiring, the heat from the heater 211 can even reach the sensor 221 efficiently in a short time. Thus, a clear image can be obtained. Further, even if a positional deviation in the stacking direction occurs, there is no particular problem as long as an image can be obtained clearly.
[0073]
Next, the circuit configuration of the heater circuit and detection circuit of the fingerprint sensor shown in FIG. 8 will be described. FIG. 9 is a diagram showing an example of the circuit configuration of the heater circuit and the detection circuit of the fingerprint sensor shown in FIG.
[0074]
When the sensor layer and the heater layer are separated as described above, the heater circuit 81 shown in FIG. 5A and the sensor circuit 82 shown in FIG. 82 is connected to the detection circuit 83.
[0075]
Heating and temperature detection are performed by selecting one of the rows by the signal processing unit 20 and applying a predetermined constant voltage pulse to the heater 211 and the sensor 221 in the selected row. That is, according to the first embodiment, heating and temperature detection are performed by one voltage pulse, but according to the second embodiment, voltage pulses are applied to the heater circuit 81 and the sensor circuit 82, respectively. Need to be done.
[0076]
Here, in this signal processing unit, the voltage pulse is not applied to the heater / sensor circuit while simply shifting the rows in order, but the voltage is sequentially applied to each row while keeping the row interval as in the first embodiment. A pulse is being applied. The reason why the line spacing is increased is to prevent a reduction in planar resolution caused by heating adjacent heaters 211 simultaneously.
[0077]
Similarly to FIG. 3, the column wiring of the sensor circuit 82 and the IV amplifier of the detection circuit 83 are switched and connected by switches SW every several columns. The reason for providing such a switch SW is to prevent adjacent columns from being heated simultaneously.
[0078]
Next, the relationship between the timing of applying a voltage pulse to the heater 211 and heating and the timing of applying a voltage pulse to the sensor 221 and detecting the temperature will be described. FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the timing of applying a voltage pulse to the heater 211 and heating and the timing of applying a voltage pulse to the sensor 221 and detecting the temperature.
[0079]
As already described, in the case of a one-layer fingerprint sensor, the heating timing and the temperature detection timing are controlled by one voltage pulse, so the voltage is applied simultaneously (time ts) or when the voltage is applied to the resistance element. The current value in the state where the temperature has not risen immediately after (time ts + α; α is a constant) is held. On the other hand, in the case of the two-layer system, since the heating timing and the temperature detection timing are controlled by separate voltage pulses, the current value immediately before time ts (time ts-α) can be held. However, if the time ts-α seems to be much earlier than the time ts, the result is influenced by the environmental temperature.
[0080]
Next, the configuration of a fingerprint collation apparatus that employs a two-layer fingerprint sensor in which a heater layer and a sensor layer are separated will be described. FIG. 11 is a functional block diagram showing a configuration of a fingerprint collation apparatus employing a two-layer fingerprint sensor in which a heater layer and a sensor layer are separated. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the function part similar to the 1 layer type shown in FIG.
[0081]
As shown in the figure, this fingerprint collation apparatus includes a fingerprint sensor (fingerprint detection unit 80 and signal processing unit 20) and a fingerprint collation unit 30. Here, the signal processing unit 20 and the fingerprint collation unit 30 are substantially the same as those shown in FIG. 5, but the voltage pulse output unit 22 applies a heating voltage pulse to the heater circuit 81 and a sensor circuit. A voltage pulse for temperature detection is applied to 82. The application timing of both voltage pulses is as described with reference to FIG.
[0082]
As described above, in the second embodiment, when a voltage pulse is applied to the heater circuit 81, the voltage pulse is sequentially applied to the heater 211 while keeping a row interval, and after applying this voltage pulse, the sensor circuit 82 is applied. Since the sensor 221 controls to detect the temperature by applying a voltage pulse to the sensor, the adverse effect of the heat of the adjacent heater 211 propagating around the surrounding sensor 221 is reduced, thereby obtaining a clear fingerprint image. can do.
[0083]
In addition, since the voltage pulses are simultaneously applied to the plurality of heaters 211 while keeping the row interval, a clear fingerprint image can be quickly acquired by parallel processing.
[0084]
In the second embodiment, the sensor layer 220 is stacked on the heater layer 210. However, the present invention is not limited to this, and the sensor layer 220 degrees is provided below the heater layer 210. You can also.
[0085]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the voltage pulses are sequentially applied to the resistance elements that are not adjacent to each other while being spaced by the predetermined number of resistance elements, and after the voltage pulses are applied, Since the control is performed so as to detect the temperature, it is possible to reduce the adverse effect of the heat of the adjacent resistance element propagating around the temperature sensor other than the original temperature sensor, thereby obtaining a clear fingerprint image. There is an effect that a possible fingerprint sensor is obtained.
[0086]
According to the invention of claim 2, voltage pulses are sequentially applied to heaters that are not adjacent to each other with a predetermined number of heaters being spaced apart, and after the voltage pulses are applied, the temperature is detected by a plurality of temperature sensors. It is configured to control so that the adverse effect of the heat of adjacent heaters propagating around temperature sensors other than the original temperature sensor is reduced, and a fingerprint sensor capable of acquiring a clear fingerprint image is obtained. There is an effect.
[0087]
According to the invention of claim 3, since the voltage pulse is simultaneously applied to a plurality of resistance elements or a plurality of heaters having a predetermined number of resistance elements or a predetermined number of heaters at intervals, There is an effect that a fingerprint sensor capable of quickly acquiring a clear fingerprint image by parallel processing is obtained.
[0088]
According to the fourth aspect of the present invention, the resistor element, the temperature sensor, and the heater are arranged in a matrix form of a predetermined number of matrixes, and voltage pulses are applied simultaneously with a predetermined number of row intervals. As a result, it is possible to obtain a fingerprint sensor capable of quickly acquiring a clear fingerprint image by simple voltage pulse control in units of rows.
[0089]
Further, according to the invention of claim 5, the detection means for sampling and holding the current detected by the resistance element or the temperature sensor is provided for each predetermined number of columns of the resistance element or the temperature sensor arranged in a matrix. Since the predetermined number of rows of resistance elements or temperature sensors and the detection means are configured to be switched and connected, the adverse effect due to heat transfer from the heaters to the temperature sensors between adjacent resistance elements in the row direction or from the heater is prevented. There is an effect that a fingerprint sensor capable of acquiring a fingerprint image is obtained.
[0090]
Further, according to the invention of claim 6, since the resistance element or the heater is configured to have at least a diode characteristic, it is possible to obtain a fingerprint sensor capable of preventing current wraparound due to terminal release at the time of switching. Play.
[0091]
According to the seventh aspect of the invention, voltage pulses are sequentially applied to resistance elements that are not adjacent to each other while being spaced by a predetermined number of resistance elements, and after the voltage pulses are applied, the temperature is detected by the resistance elements. Since the control is configured so that the heat of the adjacent resistance element is propagated to the periphery of the temperature sensor other than the original temperature sensor, it is possible to obtain a clear fingerprint image. There is an effect that a detection method can be obtained.
[0092]
According to the eighth aspect of the present invention, voltage pulses are sequentially applied to heaters that are not adjacent to each other with a predetermined number of heaters apart, and the temperature is detected by a plurality of temperature sensors after the voltage pulses are applied. Thus, a fingerprint image detection method capable of reducing the adverse effect of propagation of heat from adjacent heaters around temperature sensors other than the original temperature sensor and obtaining a clear fingerprint image is obtained. There is an effect that is.
[0093]
Further, according to the invention of claim 9, since the voltage pulse is simultaneously applied to a plurality of resistance elements or a plurality of heaters spaced by a predetermined number of resistance elements or a predetermined number of heaters, There is an effect that a fingerprint image detection method capable of quickly acquiring a clear fingerprint image by parallel processing is obtained.
[0094]
According to the tenth aspect of the present invention, the resistor element, the temperature sensor, and the heater are arranged in a matrix form of a predetermined number of matrixes, and voltage pulses are applied simultaneously with a predetermined number of row intervals. There is an effect that a fingerprint image detecting method capable of quickly acquiring a clear fingerprint image by simple voltage pulse control in units of rows can be obtained.
[0095]
Further, according to the invention of claim 11, by causing a computer to execute the method according to any one of claims 7 to 10, the program can be read by a machine. Any one of the operations can be realized by a computer.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an external configuration of a fingerprint sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure of a fingerprint detection unit shown in FIG.
3 is a diagram showing an example of a circuit configuration of a heater / sensor circuit provided in the fingerprint detection unit and a detection circuit provided in a signal processing unit shown in FIG. 1, and an application timing of a voltage pulse to the heater / sensor circuit. FIG. .
4 is an explanatory diagram for explaining a relationship between a timing at which a voltage pulse is applied to the resistance element shown in FIG. 3 to heat it as a heater and a timing at which a temperature is detected by this resistance element. FIG.
FIG. 5 is a functional block diagram showing a configuration of a fingerprint collation apparatus using the fingerprint sensor shown in FIG. 1;
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the temperature rise at the end of heating and the temperature rise ratio when the amount of voltage pulse applied to the resistance element is changed.
7 is a flowchart showing a fingerprint image acquisition procedure by the fingerprint collation apparatus shown in FIG. 5;
FIG. 8 is a diagram showing a cross-sectional structure of a two-layer fingerprint sensor according to a second embodiment.
9 is a diagram showing an example of a circuit configuration of a heater circuit and a detection circuit of the fingerprint sensor shown in FIG. 2. FIG.
FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining a relationship between a timing at which a voltage pulse is applied to a heater and heating and a timing at which a temperature is detected by applying a voltage pulse to a sensor.
FIG. 11 is a functional block diagram showing a configuration of a fingerprint collation apparatus employing a two-layer fingerprint sensor in which a heater layer and a sensor layer are separated.
[Explanation of symbols]
1 Fingerprint sensor
10 Fingerprint detector
11 Detection surface
20 Signal processor
21 Control unit
22 Voltage pulse output section
23 Detector
24 Contrast judgment unit
25 Threshold storage unit
26 Image data output unit
30 Fingerprint verification part
31 Image input section
32 Reference image storage unit
33 Verification processing part
41 Heater / sensor circuit
42 Detection circuit
80 Fingerprint detector
81 Heater circuit
82 Sensor circuit
83 Detection circuit
100 substrates
110 Heater and sensor layer
111 Resistance element
112 Insulating film
200 substrates
210 Heater layer
220 Sensor layer

Claims

A plurality of resistance elements acting as temperature sensors and heaters are arranged below the detection surface on which the finger is placed, and heat generated by applying a voltage pulse to each resistance element is transmitted to the valley and peak portions of the fingerprint. In a fingerprint sensor that detects a fingerprint image based on the difference in heat transfer characteristics that heat,
Voltage pulse applying means for sequentially applying voltage pulses to resistance elements that are not adjacent to each other while being spaced by a predetermined number of resistance elements; and
A fingerprint sensor comprising: a temperature detection control unit configured to control the temperature to be detected by the resistance element after a voltage pulse is applied by the voltage pulse application unit.

Multiple temperature sensors and heaters are placed below the detection surface on which the finger is placed, and the difference in heat transfer characteristics between the heat generated by applying voltage pulses to each heater is transferred to the valley and peak of the fingerprint. In a fingerprint sensor that detects a fingerprint image based on
Voltage pulse applying means for sequentially applying voltage pulses to heaters that are not adjacent to each other while being spaced by a predetermined number of heaters;
A fingerprint sensor comprising: a temperature detection control unit configured to control the temperature detection by the plurality of temperature sensors after the voltage pulse is applied by the voltage pulse application unit.

2. The voltage pulse applying means applies voltage pulses simultaneously to a plurality of resistance elements or a plurality of heaters spaced by a predetermined number of resistance elements or a predetermined number of heaters. 2. The fingerprint sensor according to 2.

The resistance element or the temperature sensor and the heater are arranged in a matrix composed of a predetermined number of matrixes, and the voltage pulse applying means applies voltage pulses simultaneously with a predetermined number of row intervals. Item 4. The fingerprint sensor according to item 1, 2 or 3.

Detection means for sampling and holding the current detected by the resistance element or the temperature sensor is provided for each predetermined number of columns of the resistance elements or temperature sensors arranged in the matrix, and the predetermined number of the resistance elements or 5. The fingerprint sensor according to claim 4, wherein a temperature sensor and the detection means are switched and connected.

The fingerprint sensor according to claim 1, wherein the resistance element or the heater has at least a diode characteristic.

A plurality of resistance elements acting as temperature sensors and heaters are arranged below the detection surface on which the finger is placed, and heat generated by applying a voltage pulse to each resistance element is transmitted to the valley and peak portions of the fingerprint. In a fingerprint image detection method of a fingerprint sensor that detects a fingerprint image based on a difference in heat transfer characteristics to be heated,
A voltage pulse applying step of sequentially applying a voltage pulse to the resistance elements that are not adjacent to each other while being spaced by a predetermined number of resistance elements; and
A fingerprint image detection method comprising: a temperature detection control step of controlling to detect a temperature with the resistance element after applying a voltage pulse in the voltage pulse application step.

Multiple temperature sensors and heaters are placed below the detection surface on which the finger is placed, and the difference in heat transfer characteristics between the heat generated by applying voltage pulses to each heater is transferred to the valley and peak of the fingerprint. In a fingerprint image detection method of a fingerprint sensor for detecting a fingerprint image based on
A voltage pulse applying step of sequentially applying a voltage pulse to heaters that are not adjacent to each other while being spaced by a predetermined number of heaters;
A fingerprint image detection method comprising: a temperature detection control step of controlling to detect temperatures by the plurality of temperature sensors after applying a voltage pulse in the voltage pulse application step.

9. The voltage pulse applying step of applying a voltage pulse simultaneously to a plurality of resistance elements or heaters spaced by a predetermined number of resistance elements or a predetermined number of heaters. The fingerprint image detection method as described.

The resistance element or the temperature sensor and the heater are arranged in a matrix shape including a predetermined number of matrixes, and the voltage pulse applying step applies voltage pulses simultaneously with a predetermined number of row intervals. Item 10. The fingerprint image detection method according to Item 7, 8 or 9.

A program for causing a computer to execute the method according to any one of claims 7 to 10.