JP4059049B2 - 入力装置、情報装置及び制御情報生成方法 - Google Patents
入力装置、情報装置及び制御情報生成方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力装置、これを含む情報装置及び制御情報生成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
入力装置は、電子機器（情報機器又は情報装置）の操作部に用いられる。例えば、ユーザが入力装置を操作することにより、電子機器では、入力装置から出力された制御情報（操作情報）を用いて、表示部に表示されるポインタを移動させたり、表示部の画像をスクロールさせたりする。この入力装置については、ユーザの操作性を低下させないことが必要とされる。
【０００３】
入力装置として、例えば３次元空間上の任意の位置を指示する際の操作性を向上させたものがある。この入力装置では、まず基準点を設定する。指示位置が画面上に現れていない場合、該基準点を中心にした移動と、該基準点と視点とを結ぶ直線に沿った移動とを組み合わせて行って視点を移動させた後、移動後の視点から３次元空間を再表示する。指示位置が画面上に現れている場合、画面上でカーソルを移動させる（例えば、特許文献１）。このような操作を可能にすることで、この入力装置では、いわゆる６軸方向の操作を行う必要がなくなる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−４０５７１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献１に開示されている入力装置では、位置を指定するための位置入力部の構成上、携帯型の情報機器に適用することが困難である。また、例えば位置入力部の構成を小型化した場合であっても、操作者は直感的に３次元空間上の操作を行うことができないため、操作方法に熟練しない限り操作性を向上させることが難しい。
【０００６】
その一方で、例えば上述した入力装置を、高度な情報処理を行う３次元ＣＡＤ装置や仮想実体験装置等のみならず、携帯電話やＰＤＡに適用できることが望ましい。そのため、バッテリ駆動による動作が可能で、小型化が可能な構成であることが必要となる。
【０００７】
本発明は、以上のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、超小型かつ超軽量で、これまで以上に操作性を向上させることが可能な入力装置、情報装置及び制御情報生成方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、被検出物の画像を取り込む画像取込部と、前記画像取込部により取り込まれた前記被検出物の画像と、登録情報とを照合する画像照合部と、前記画像照合部により照合された結果、前記登録情報に前記被検出物の画像に対応する部分が存在すると判断された場合に、前記被検出物の画像を用いて前記被検出物の移動を検出する移動検出部と、前記移動検出部の検出結果に基づいて、前記被検出物の画像に対応する登録情報に関連付けられたパラメータの種別に対応した制御情報を出力する制御情報出力部とを含む入力装置に関係する。
【０００９】
ここで登録情報は、外部から入力されても良い。
【００１０】
本発明においては、登録情報に、画像取込部により取り込まれた被検出物の画像に対応する部分が存在するか否かを画像照合部で照合し、その照合の結果、存在すると判断されたときに、被検出物の画像を用いて被検出物の移動を検出している。そして、被検出物の画像に対応する登録情報に関連付けられたパラメータの種別に対応した制御情報を、被検出物の移動結果に応じて出力している。これにより、登録された本人以外では制御情報を生成させることができなくなるため、機密保持性を向上させることができるようになる。
【００１１】
また本発明は、パラメータの種別に対応して登録情報を記憶する登録情報記憶部と、被検出物の画像を取り込む画像取込部と、前記画像取込部により取り込まれた前記被検出物の画像と、前記登録情報記憶部に記憶された登録情報とを照合する画像照合部と、前記画像照合部により照合された結果、前記被検出物の画像に対応する登録情報が存在すると判断された場合に、前記被検出物の画像を用いて前記被検出物の移動を検出する移動検出部と、前記移動検出部の検出結果に基づいて、前記被検出物の画像に対応する登録情報に関連付けられたパラメータの種別に対応した制御情報を出力する制御情報出力部とを含む入力装置に関係する。
【００１２】
本発明においては、画像取込部により取り込まれた被検出物の画像に対応する登録情報が登録情報記憶部に記憶されているか否かを画像照合部で照合し、その照合の結果、被検出物の画像に対応する登録情報が存在すると判断されたときに、被検出物の画像を用いて被検出物の移動を検出している。そして、被検出物の画像に対応する登録情報に関連付けられたパラメータの種別に対応した制御情報を、被検出物の移動結果に応じて出力している。これにより、登録された本人以外では制御情報を生成させることができなくなるため、機密保持性を向上させることができるようになる。また、登録情報に登録させるパラメータの種別を適宜変更することで、ユーザの操作性を向上させることができる。
【００１３】
また本発明に係る入力装置では、前記登録情報は、画像の特徴点であってもよい。
【００１４】
また本発明に係る入力装置では、前記特徴点は、前記画像取込部により取り込まれた前記被検出物の画像から抽出されたものであってもよい。
【００１５】
また本発明に係る入力装置では、前記移動検出部は、前記画像の特徴点を用いて前記被検出物の移動を検出することができる。
【００１６】
また本発明に係る入力装置では、前記移動検出部は、前記画像の重心位置を用いて前記被検出物の移動を検出し、前記重心位置は、前記画像取込部により取り込まれた前記被検出物の画像から求められたものであってもよい。
【００１７】
本発明によれば、少ない処理負荷で、被検出物の画像を用いた被検出部の移動を検出し、これに対応した制御情報を生成させることができるようになる。
【００１８】
また本発明に係る入力装置では、前記画像取込部は、検出面を有し、該検出面に接する被検出物の画像を取り込み、前記制御情報出力部は、前記検出面上の互いに直交する第１及び第２の軸方向、前記検出面と垂直な第３の軸方向、及び前記第１乃至３の軸方向の軸回りの回転方向のうち、少なくとも１つの方向の制御情報を出力することができる。
【００１９】
本発明によれば、これまで以上に操作性を向上させることができる入力装置を提供することができる。
【００２０】
また本発明に係る入力装置では、前記パラメータの種別ごとに、前記登録情報を登録する登録部を含むことができる。
【００２１】
本発明によれば、登録情報を任意に変更することができるので、機密保持性を維持し、かつユーザの癖に柔軟に対応して操作性を向上させる入力装置を提供することができる。
【００２２】
また本発明に係る入力装置では、前記登録情報は、複数の画像情報を有し、各画像情報に前記パラメータ種別が関連付けられてもよい。
【００２３】
本発明によれば、被検出物の種類に応じて、最適な制御情報を出力させることができるので、これまで以上に操作性を向上させる入力装置を提供することができる。
【００２４】
また本発明に係る入力装置では、前記被検出物の画像は、指紋画像であってもよい。
【００２５】
本発明によれば、さらに超小型化・超軽量化を図る指紋センサを用いることも可能となり、携帯型の情報装置への適用を可能にする。
【００２６】
また本発明は、上記いずれか記載の入力装置と、前記入力装置からの制御情報に基づいて制御処理を行う処理部とを含む情報装置に関係する。
【００２７】
本発明によれば、超小型かつ超軽量で、これまで以上に操作性を向上させることが可能な携帯型の情報装置を提供することができる。
【００２８】
また本発明は、取り込んだ被検出物の画像を用いて制御情報を生成する制御情報生成方法であって、前記被検出物の画像を用いて、パラメータの種別に対応して記憶された登録情報の中から該画像に対応する登録情報を検索し、前記被検出物の画像に対応する登録情報が存在すると判断された場合に、前記被検出物の画像を用いて前記被検出物の移動を検出し、前記被検出物の移動の検出結果に基づいて、前記被検出物の画像に対応する登録情報に関連付けられたパラメータの種別に対応した制御情報を生成する制御情報生成方法に関係する。
【００２９】
また本発明に係る制御情報生成方法では、前記被検出物の画像の検出面上の互いに直交する第１及び第２の軸方向、前記検出面と垂直な第３の軸方向、及び前記第１乃至３の軸方向の軸回りの回転方向のうち、少なくとも１つの方向の制御情報を生成することができる。
【００３０】
本発明に係る制御情報生成方法では、前記被検出物の画像は、指紋画像であってもよい。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００３２】
１． 入力装置
図１に、本実施形態における入力装置の構成の概要を示す。本実施形態における入力装置１０は、１又は複数の登録情報の中から、取り込んだ画像に対応する登録情報を検索し、検索された登録情報に関連付けられた６軸方向のいずれかの方向の制御情報（操作情報）を出力することができるようになっている。そのため、入力装置１０は、画像取込部２０、画像照合部３０、登録情報記憶部４０、登録部５０、移動検出部６０、制御情報出力部７０を含む。
【００３３】
画像取込部２０は、ユーザが移動させる２次元又は３次元の被検出物を、検出面（センサ面）を介して２次元の情報である画像として取り込み、１フレームごとに画像情報を生成する。
【００３４】
画像照合部３０は、登録情報記憶部４０に登録された登録情報と、画像取込部２０で取り込まれた画像とを照合し、該画像に対応する登録情報を検索する。より具体的には、画像照合部３０は、画像取込部２０で取り込まれた画像を解析し、その解析結果を用いて登録情報記憶部４０に登録された登録情報の中から、該画像に対応する登録情報の有無を検出する。このような画像照合部３０は、画像の照合処理の負荷を軽減するため、取込画像解析部３２を含むことができる。取込画像解析部３２は、画像取込部２０で取り込まれた被検出物の画像を解析して、該画像の特徴点又は重心位置、或いはこれらと等価的な情報を求める。ここで特徴点とは、２つの画像を比較して、その移動距離や移動方向、又は回転角度を特定するために参照可能な当該画像特有の形態を有する位置（領域）をいう。また重心位置とは、当該画像の面積的な中心位置をいう。
【００３５】
登録情報記憶部４０は、１又は複数の登録情報を記憶する。より具体的には、登録情報記憶部４０は、画像照合部３０の照合処理に先立って、登録情報と、該登録情報に関連付けられたパラメータ種別とを記憶している。パラメータ種別は、複数の制御情報のいずれを出力させるかを決めるための情報である。登録情報記憶部４０に記憶される登録情報は、パラメータ種別ごとに登録部５０により登録される。なお上述したように画像の照合処理の負荷を軽減するため、登録情報記憶部４０は、画像の特徴点等を登録情報として記憶することができる。そのため登録部５０は、登録画像解析部５２を含むことができる。登録画像解析部５２は、画像取込部２０で取り込まれた被検出物の画像の特徴点、重心位置、又はこれらと等価的な情報を求めることができる。
【００３６】
移動検出部６０は、画像照合部３０により、画像取込部２０で取り込まれた被検出物の画像が登録情報記憶部４０に記憶された登録情報を用いて認証されると、該被検出物の画像を用いて、被検出物の移動を検出する。より具体的には、画像照合部３０において、登録情報記憶部４０の登録情報と画像取込部２０で取り込まれた被検出物の画像とが照合された結果、該被検出物の画像に対応する登録情報が登録情報記憶部４０に存在すると判断された場合に、移動検出部６０は、被検出物の画像の変化に基づき、被検出物の移動を検出する。
【００３７】
制御情報出力部７０は、移動検出部６０で検出された移動量に応じて、登録情報記憶部４０に記憶された該被検出物の画像に対応する登録情報に関連付けられたパラメータ種別に対応した制御方向の制御情報を出力する。この制御情報は、６軸方向の少なくとも１つの方向の制御情報である。
【００３８】
図２に、登録情報記憶部に記憶される登録情報の構造の例を模式的に示す。ここで、登録情報は、登録部５０により照合処理に先立って登録される。そして、各登録情報は、パラメータ種別に対応して登録される。入力装置１０は、このパラメータ種別に対応した制御方向の制御情報を出力することになる。例えば第１の登録情報が第１のパラメータに関連付けられて登録されているものとする。この場合、取り込まれた画像を各登録情報と照合した結果、第１の登録情報が該画像に対応すると判断されたとき、取り込まれた画像を用いて検出された移動量に応じて第１のパラメータに対応する制御方向の制御情報が出力される。
【００３９】
図３に、６軸方向の制御情報の説明図を示す。６軸方向の制御情報とは、画像取込部２０の検出面（センサ面）２２上（又は検出面と平行な平面上）の互いに直交するＸ軸及びＹ軸（第１及び第２の軸）方向の位置Ｘ、Ｙ、該検出面に垂直な方向のＺ軸（第３の軸）方向の位置Ｚ、Ｘ軸方向の軸回りの回転角度α、Ｙ軸方向の軸回りの回転角度γ、Ｚ軸方向の軸回りの回転角度βの６軸方向について指示される情報である。Ｘ軸方向の位置Ｘ、Ｙ軸方向の位置Ｙ、Ｚ軸方向の位置Ｚ、Ｘ軸方向の軸回りの回転角度α、Ｚ軸方向の軸回りの回転角度β、Ｙ軸方向の軸回りの回転角度γには、それぞれ図３に示すように（＋）方向及び（−）方向が規定される。
【００４０】
次に、入力装置について具体的に説明する。なお以下に述べる入力装置は、指紋センサを用いるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４１】
図４に、指紋センサを用いた入力装置の外観構成の概要を示す。ここでは、本実施形態における入力装置が、ＩＣカード（広義には、情報装置）１００に実装される場合を示している。ＩＣカード１００は、内部にＣＰＵやメモリ素子を有する。これにより、ＩＣカード１００では、機密保持性を向上させると共に、情報処理による高度な情報をより多くの記憶させることが可能となる。そして、本実施形態における入力装置を用いることで、超小型かつ超軽量な構成で、ユーザの多様な操作を反映させた情報処理を行うことができる。
【００４２】
図４において、入力装置としての指紋センサの検出面２２に、指紋パターンが形成されたユーザの指（広義には、被検出物）１０２を接触させることにより、指紋画像が取り込まれる。そして、検出面２２上に規定される３次元空間において検出されたユーザによる指１０２の６軸方向の移動により、対応する制御情報が出力される。ＩＣカード１００では、該制御情報に基づく処理が行われる。例えばＩＣカード１００に液晶パネルが設けられている場合には、液晶パネルに表示されるポインタの移動や表示画像のスクロール等の表示制御が行われる。なお入力装置が３次元ＣＡＤ装置に適用される場合には、操作対象の物体の回転或いは視点の移動の制御が行われることになる。
【００４３】
図５に、入力装置のハードウェア構成例を示す。入力装置１２０では、バス１２２に、ＣＰＵ１２４、ＲＯＭ１２６、ＲＡＭ１２８、指紋センサインタフェース（InterFace：Ｉ／Ｆ）回路１３０が接続される。指紋センサＩ／Ｆ回路１３０には、指紋センサ１３２が接続される。またバス１２２にＵＳＢＩ／Ｆ回路１３４が接続される。ＵＳＢＩ／Ｆ回路１３４は、外部でパソコン１４０等のＵＳＢ規格上のホスト装置若しくはペリフェラル装置に接続される。
【００４４】
ここで主に指紋センサ１３２及び指紋センサＩ／Ｆ回路１３０により、図１に示す画像取込部２０の機能が実現される。指紋センサ１３２により取り込まれた指紋画像は、指紋センサＩ／Ｆ回路１３０を介してＲＡＭ１２８に蓄積される。ＣＰＵ１２４と、ＲＯＭ１２６若しくはＲＡＭ１２８に格納されたソフトウェアプログラムとにより、図１に示す取込画像解析部３２を含む画像照合部３０、登録画像解析部５２を含む登録部５０、移動検出部６０及び制御情報出力部７０の機能が実現される。ＲＡＭ１２８により、図１に示す登録情報記憶部４０の機能が実現される。
【００４５】
１．２ 指紋センサ
図６に、指紋センサ１３２の一例を示す。図６において、Ｍ本（Ｍは２以上の整数）の電源線２００と、Ｎ本（Ｎは２以上の整数）の出力線２０２とを有する。Ｍ本の電源線２００とＮ本の出力線２０２の各交点には静電容量検出素子２０４が設けられている。図６に示す静電容量検出素子２０４は、指が接触したときの閉回路として図示されており、指の凹凸パターンに依存して変化する可変容量ＣＦと、信号増幅素子例えば信号増幅ＭＩＳ型薄膜半導体装置（以下信号増幅用ＴＦＴと略記する）２０６とを有する。静電容量検出素子２０４に指が接触していないときには、可変容量ＣＦの接地端側はオープン状態である。なお、可変容量ＣＦについては後述する。
【００４６】
Ｍ本の電源線２００の各々は、対応する行に沿って配列されたＮ個の信号増幅用ＴＦＴ２０６のドレインＤに接続されている。また、Ｍ本の電源線２００の各々は、Ｍ個の電源用パスゲート２１０の各々を介して共通電源線２１２に接続されている。すなわち、電源用パスゲート２１０はＭＩＳ型薄膜半導体装置にて形成され、そのソースＳは電源線２００に接続され、そのドレインＤは共通電源線２１２に接続されている。電源選択回路２２０内には、上述のＭ個の電源用パスゲート２１０及び共通電源線２１２に加えて、電源用シフトレジスタ２２２が設けられている。電源用シフトレジスタ２２２の電源選択用出力線２２４に、Ｍ個の電源用パスゲート２１０の各ゲートＧが接続されている。
【００４７】
Ｎ本の出力線２０２各々は、対応する列に沿って配列されたＭ個の信号増幅用ＴＦＴ２０６のソースＳに接続されている。また、Ｎ本の出力線２０２の各々は、Ｎ個の出力信号用パスゲート２３０の各々を介して共通出力線２３２に接続されている。すなわち、出力信号用パスゲート２３０はＭＩＳ型薄膜半導体装置にて形成され、そのドレインＤは出力線２０２に接続され、そのソースＳは共通出力線２３２に接続されている。出力信号選択回路２４０内には、上述のＮ個の出力信号用パスゲート２３０及び共通出力線２３２に加えて、出力信号用シフトレジスタ２４２が設けられている。出力信号用シフトレジスタ２４２の出力選択用出力線２４４に、出力信号用パスゲート２３０のゲートＧが接続されている。
【００４８】
図７は、図６に示す静電容量検出素子２０４の断面図であり、指が接触されていない状態が図示されている。この静電容量検出素子２０４は、上述の信号増幅素子である信号増幅用ＴＦＴ２０６に加えて、信号検出素子２０８を有する。
【００４９】
図７において、絶縁層２５０上には、ソース領域２５２Ａ、ドレイン領域２５２Ｂ及びその間のチャネル領域２５２Ｃを有する半導体膜２５２が形成されている。半導体膜２５２上にはゲート絶縁膜２５４が形成され、このゲート絶縁膜２５４を挟んでチャネル領域２５２Ｃと対向する領域にゲート電極２５６が形成されている。この半導体膜２５２、ゲート絶縁膜２５４及びゲート電極２５６で、信号増幅用ＴＦＴ２０６が構成される。なお、電源用パスゲート２１０及び出力信号用パスゲート２３０も、信号増幅用ＴＦＴ２０６と同様にして形成される。
【００５０】
この信号用ＴＦＴ２０６は第一層間絶縁膜２６０により被われている。第一層間絶縁膜２６０上には、図６に示す出力線２０２に相当する第一配線層２６２が形成されている。この第一配線層２６２は信号用ＴＦＴ２０６のソース領域２５２Ａに接続されている。
【００５１】
第一配線層２６２は第二層間絶縁膜２６４により被われている。この第二層間絶縁膜２６４上には、図６に示す電源線２００に相当する第二配線層２６６が形成されている。この第二配線層２６６は、信号増幅用ＴＦＴ２０６のドレイン領域２５２Ｂに接続されている。なお、図７とは異なる構造として、第二配線層２６６を第一層間絶縁膜２６０上に形成し、第一配線層２６２を第二層間絶縁膜２６４上に形成してもよい。
【００５２】
第二層間絶縁膜２６４上にはさらに、容量検出電極２７０が形成され、それを被って容量検出誘電体膜２７２が形成されている。容量検出誘電体膜２７２は、指紋センサ１３２の最表面に位置して保護膜としても機能し、この容量検出誘電体膜２７２に指が接触される。この容量検出電極２７０及び容量検出誘電体膜２７２により、信号検出素子２０８が構成される。
【００５３】
１．２．１ 指紋検出動作
指紋検出は、図７に示す容量検出誘電体膜２７２に指を接触させることで実施される。このとき、指紋センサ１３２の起動スイッチ（例えば感圧スイッチ）４２が作動し、入力装置１２０内の電源が作動して、自動的に、指紋センサ１３２に電源が供給される。或いは、入力装置１２０をパソコン１４０にセットし、パソコン１４０の給電部より電源が供給されても良い。
【００５４】
本実施形態では、図６に示すＭ本のうち選択された１本の電源線２００に電源電圧を供給し、かつ、そのときの信号を、Ｎ本のうち選択された１本の出力線２０２から検出することで、Ｍ×Ｎ個の静電容量検出素子２０４から順次信号を取り出している。
【００５５】
指紋検出動作は大別して、（１）指紋パターンの山（凸部）が容量検出誘電体膜２７２に接触する場合と、（２）指紋パターンの谷（凹部）が容量検出誘電体膜２７２に対向する場合とがある。
【００５６】
（１）指紋パターンの山（凸部）が容量検出誘電体膜２７２に接触する場合
図８に、この場合の静電容量検出素子２０４の等価回路を示す。符号３００は人体の指紋の山に相当し、図７の容量検出電極２７０と誘電体膜２７２を挟んで対向する接地電極３００が形成されている。ここで、電源電圧Ｖｄｄは共通電源線２１２より供給される。符号ＣＴは、信号増幅用ＴＦＴ２０６のトランジスタ容量であり、符号ＣＤは検出電極２７０と接地電極（指）３００との間の容量である。
【００５７】
ここで、信号増幅用ＴＦＴ２０６のゲート電極長をＬ（μｍ）、ゲート電極幅をＷ（μｍ）、ゲート絶縁膜の厚みをｔｏｘ（μｍ）、ゲート絶縁膜の比誘電率をεｏｘ、真空の誘電率をεｏとする。このとき、トランジスタ容量ＣＴは、（１）式のようになる。
【００５８】
ＣＴ＝εｏ・εｏｘ・Ｌ・Ｗ／ｔｏｘ ・・・（１）
また、容量検出電極２７０の面積Ｓ（μｍ２）、容量検出誘電体膜２７２の厚みをｔｄ（μｍ）、容量検出誘電体膜の比誘電率をεｄとする。このとき、容量ＣＤは、（２）式のようになる。
【００５９】
ＣＤ＝εｏ・εｄ・Ｓ／ｔｄ ・・・（２）
図８の等価回路において、信号増幅用ＴＦＴ２０６のゲートに印加される電圧ＶＧＴは、次式のようになる。
【００６０】
ＶＧＴ＝Ｖｄｄ／（１＋ＣＤ／ＣＴ） ・・・（３）
容量ＣＤをトランジスタ容量ＣＴよりも充分に大きく設定しておけば（例えばＣＤ＞１０×ＣＴ）、（３）式の分母は無限大となり、次式にように近似される。
【００６１】
ＶＧＴ≒０ ・・・（４）
この結果、信号増幅用ＴＦＴ２０６は、そのゲートにほとんど電圧がかからないためオフ状態となる。よって、信号増幅用ＴＦＴ２０６のソース−ドレイン間に流れる電流Ｉは極めて小さくなる。この電流Ｉを測定することで、測定箇所が指紋パターンの山（凸部）であることが判定できる。
【００６２】
（２）指紋パターンの谷（凹部）が容量検出誘電体膜２７２に対向する場合
図９に、この場合の静電容量検出素子２０４の等価回路を示す。符号３０２が人体の指紋の谷に相当する。この場合は、図８に示す容量ＣＤに加えて、誘電体膜２７２と指紋の谷との間に、空気を誘電体とする新たな容量ＣＡが形成される。
【００６３】
図９の等価回路において、信号増幅用ＴＦＴ２０６のゲートに印加される電圧ＶＧＶは、次式のようになる。
ＶＧＶ＝Ｖｄｄ／｛［１＋（１／ＣＴ）］×１／［（１／ＣＤ）＋（１／ＣＡ）］｝ ・・・（５）
容量ＣＤをトランジスタ容量ＣＴよりも充分に大きく設定しておけば（例えばＣＤ＞１０×ＣＴ）、（５）式は次式のように近似される。
【００６４】
ＶＧＶ≒Ｖｄｄ／［１＋（ＣＡ／ＣＴ）］ ・・・（６）
さらに、トランジスタ容量ＣＴを、指紋の谷により形成される容量ＣＡよりも充分に大きくしておけば（例えばＣＴ＞１０×ＣＡ）、（６）式は次式のように近似される。
【００６５】
ＶＧＶ≒Ｖｄｄ ・・・（７）
この結果、信号増幅用ＴＦＴ２０６は、そのゲートに電源電圧Ｖｄｄがかかるためオン状態となる。よって、信号増幅用ＴＦＴ２０６のソース−ドレイン間に流れる電流Ｉは極めて大きくなる。この電流Ｉを測定することで、測定箇所が指紋パターンの谷（凹部）であることが判定できる。
【００６６】
このように、図６に示す可変容量ＣＦは、指紋の山が容量検出誘電体膜２７２に接触した時は容量ＣＤとなり、指紋の谷が容量検出誘電体膜２７２に対向としたときは容量ＣＤと容量ＣＡとの和となり、指紋の凹凸に従って容量が変化する。この指紋の凹凸に従った容量変化に基づく電流を検出することで、指紋の山または谷を検出できる。
【００６７】
以上の動作を、Ｍ×Ｎ個の静電容量検出素子２０４にて時分割で実施することで、指紋パターンを検出することが可能となる。より具体的には、第１行の各列に位置する静電容量検出素子を順に指紋の凹凸を検出した後、第２行の指紋の凹凸を検出するといったように、ピクセルごとに指紋の凹凸を検出していく。その結果、例えば図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すような指紋画像を得ることができる。本実施形態では、この指紋センサ１３２を用いて周期的に指紋画像を取り込む。
【００６８】
なお、電源電圧Ｖｄｄに正電源を用いる場合には、ゲート電圧がゼロ近傍でドレイン電流が流れないエンハンスメント型Ｎ型トランジスタにて、信号増幅用ＴＦＴ２０６を形成すればよい。ＣＤ＞１０×ＣＴを満たす場合には、信号増幅用ＴＦＴ２０６の伝達特性におけるドレイン電流が最小値となるゲート電圧（最小ゲート電圧）をＶｍｉｎとしたとき、０＜Ｖｍｉｎ＜０．１×Ｖｄｄを満たせばよい。
【００６９】
電源電圧Ｖｄｄに負電源を用いる場合には、ゲート電圧がゼロ近傍でドレイン電流が流れないエンハンスメント型Ｐ型トランジスタにて、信号増幅用ＴＦＴ２０６を形成すればよい。ＣＤ＞１０×ＣＴを満たす場合には、信号増幅用ＴＦＴ２０６の伝達特性におけるドレイン電流が最小値となるゲート電圧（最小ゲート電圧）をＶｍｉｎとしたとき、０．１×Ｖｄｄ＜Ｖｍｉｎ＜０を満たせばよい。
【００７０】
本実施形態では、このようにして取り込まれた指紋画像を用いて制御情報を出力する。この際、取り込まれた指紋画像の特徴点を用いて登録された本人であるか否かの認証を行った後に、当該指紋画像の特徴点を用いて移動検出を行うことで、機密保持性を維持しつつ、処理負荷を軽減することができる。
【００７１】
図１０（Ａ）、（Ｂ）に、指紋の特徴点の一例を示す。図１０（Ａ）は、指紋の分岐点の一例を示す。図１０（Ｂ）は、指紋の端点の一例を示す。指紋センサ１３２で取り込まれた指紋画像について、例えば指紋の分岐点が抽出される。図１０（Ａ）、（Ｂ）では、指紋画像は、指紋の凸部である稜線の形態を表している。ここで指紋の分岐点は、指紋の稜線が２以上の稜線に分岐する部分である。また指紋の端点は、指紋の稜線が終端する部分である。
【００７２】
指紋の形態が同一となることがないため、その分岐点又は端点の分布も個人によって異なる。したがって、指紋画像の分岐点又は端点を求めることができれば、求めた分岐点又は端点の分布のみを比較すればよいので、比較すべき情報量が少なくなり比較処理の負荷を軽減することができる。
【００７３】
１．３ 動作フロー
次に、上述した指紋センサを用いた入力装置１２０の処理について説明する。以下では、ユーザの各指に対し、各指の指紋画像の特徴点情報をパラメータ種別に割り当てる場合について説明する。この場合、ユーザは、制御指示を行いたい方向に割り当てた指を指紋センサ上で所定の方向に移動させることにより、制御情報（操作情報）を出力させることができる。
【００７４】
図１１に、登録情報の登録内容の一例を示す。まず、ユーザ（第１のユーザ）の人差し指（第１の指）の指紋画像の特徴点情報（第１の特徴点情報。図２では第１の登録情報）が、パラメータ種別Ｘ、Ｙ（図２では第１のパラメータ。第１のパラメータ種別）に割り当てて登録されている。パラメータ種別Ｘ、Ｙは、図３に示すセンサ面上で規定される互いに垂直な２軸（第１及び第２の軸）方向のパラメータである。したがって、自分の人差し指の指紋画像を登録したユーザは、その人差し指を、図４、図６〜図９に示す構成の指紋センサのセンサ面に押し当て、所定の方向に移動させることで、その移動量に応じてＸ軸方向又はＹ軸方向の制御情報を生成させることができる。またその一方で、人差し指の指紋画像を登録した本人以外は、その制御情報を生成させることができないことを意味する。これにより、上述した指紋センサを用いた本実施形態における入力装置が適用された情報装置の機密保持性を向上させることができるようになる。
【００７５】
同様にして、ユーザ（第１のユーザ）の中指（第２の指）の指紋画像の特徴点情報（第２の特徴点情報。図２では第２の登録情報）が、パラメータ種別Ｚ、β（図２では第２のパラメータ。第２のパラメータ種別））に割り当てて登録されている。パラメータ種別Ｚは、図３に示すセンサ面に垂直な軸（第３の軸）方向のパラメータである。パラメータ種別βは、このＺ軸方向の軸回りの回転方向のパラメータである。したがって、自分の中指の指紋画像を登録したユーザは、その中指を、図４、図６〜図９に示す構成の指紋センサのセンサ面に押し当て、所定の方向に移動させることで、その移動量に応じてＺ軸方向又はＺ軸方向の軸回りの回転方向の制御情報を生成させることができる。またその一方で、中指の指紋画像を登録した本人以外は、その制御情報を生成させることができず、機密保持性の向上に貢献することができる。
【００７６】
同様に、薬指の指紋画像の特徴点情報（第３の特徴点情報。図２では第３の登録情報）が、パラメータ種別α、γ（図２では第３のパラメータ）に割り当てて登録されている。パラメータ種別αは、図３に示すセンサ面上のＸ軸方向の軸回りの回転方向のパラメータである。パラメータ種別γは、図３に示すセンサ面上のＹ軸方向の軸回りの回転方向のパラメータである。したがって、自分の薬指の指紋画像を登録したユーザは、その薬指を、図４、図６〜図９に示す構成の指紋センサのセンサ面に押し当て、所定の方向に移動させることで、その移動量に応じてＸ軸又はＹ軸方向の軸回りの回転方向の制御情報を生成させることができる。またその一方で、薬指の指紋画像を登録した本人以外は、その制御情報を生成させることができず、同様にして機密保持性の向上に貢献することができる。
【００７７】
このように入力装置では、図１１に示したように予め登録された登録情報を用いて、登録情報の登録者の認証を行い、認証されたときにのみ予め当該登録情報に関連付けられたパラメータ種別に対応した制御情報を出力する。したがって、指紋センサを用いた入力装置は、超小型化・超軽量化によりＩＣカード等の携帯型の情報装置に適用することが可能となる。さらに、指紋センサ上で指を移動させるだけで６軸方向の制御指示を行うことができるため、これまで以上に操作性を向上させることができる。その上、登録された本人以外では制御情報を生成させることができないため、入力装置が適用される情報装置の機密保持性を向上させることができる。
【００７８】
図１２に、本実施形態における入力装置の認証処理のフローの一例を示す。図１２に示す処理を実行するためのプログラムが、図５に示すＲＯＭ１２６又はＲＡＭ１２８に格納される。ＣＰＵ１２４は、このプログラムにしたがって処理を行う。
【００７９】
まずＣＰＵ１２４は、変数ｉ（ｉは自然数）を初期化する（ステップＳ４００）。
【００８０】
次に、ＣＰＵ１２４は、記録媒体例えば図５に示すＲＡＭ１２８に格納されている登録情報の中から第ｉの特徴点情報（広義には第ｉの登録情報）を読み出す（ステップＳ４０１）。
【００８１】
そして、ＣＰＵ１２４は、第ｉの特徴点情報を用いて、指紋センサ１３２により取り込まれた指紋画像との照合を行う（ステップＳ４０２）。このときＣＰＵ１２４は、取り込まれた指紋画像の特徴点を抽出し、抽出した指紋画像の特徴点と、第ｉの特徴点情報とを比較して、各特徴点の位置又はその分布が所与の誤差範囲内で一致するか否かを判別する。その結果、ＣＰＵ１２４は、取り込まれた指紋画像が第ｉの特徴点情報の登録者のものであると判断したとき（ステップＳ４０２：Ｙ）、登録者と認定し（ステップＳ４０３）、その旨を表示するなどして、一連の認証処理を終了する（エンド）。
【００８２】
一方、ステップＳ４０２において、ＣＰＵ１２４は、取り込まれた指紋画像が第ｉの特徴点情報の登録者のものではないと判断したとき（ステップＳ４０２：Ｎ）、さらに認証処理を続行するために、次の特徴点情報があるか否かを判別する（ステップＳ４０４）。
【００８３】
次の特徴点情報がないと判別されたとき（ステップＳ４０４：Ｙ）、非登録者と認定し（ステップＳ４０５）、その旨を表示するなどして、一連の認証処理を終了する（エンド）。この場合、制御情報が生成されないため、登録者以外の者が制御指示を行うことができない。
【００８４】
ステップＳ４０４において、次の特徴点情報があると判別されたとき（ステップＳ４０４：Ｎ）、変数ｉをインクリメントし（ステップＳ４０６）、ステップＳ４０１に戻って、第ｉの特徴点情報の読み出しを行う。
【００８５】
以上のように、取り込まれた指紋画像に対し、登録情報の検索を行い、登録者のものと認定されたときのみ、制御情報を出力させる。
【００８６】
また、本実施形態における入力装置では、このような登録者本人のものであるかについての認証結果を受けて、以下に示す処理を行って制御情報を出力する。
【００８７】
図１３及び図１４に、本実施形態における入力装置の制御情報の生成フローの一例を示す。図１３及び図１４に示す処理を実行するためのプログラムが、ＲＯＭ１２６又はＲＡＭ１２８に格納される。ＣＰＵ１２４は、このプログラムにしたがって処理を行う。
【００８８】
まず入力装置では、登録モードへの移行指示があったか否かを判別する（ステップＳ４５０）。
【００８９】
例えばユーザから登録モードへの移行指示があったとき（ステップＳ４５０：Ｙ）、入力装置は登録モードへ移行する（ステップＳ４５１）。登録モードは、図１１に示すように、パラメータ種別に対応して登録情報の登録処理を行うモードである。
【００９０】
図１５に、登録モードにおける登録処理の一例を示す。この場合も、図１５に示す処理を実行するためのプログラムが、図５に示すＲＯＭ１２６又はＲＡＭ１２８に格納される。ＣＰＵ１２４は、このプログラムにしたがって処理を行う。
【００９１】
登録モードにおいては、取り込み対象のユーザの指の指紋の登録処理が行われる。この登録処理において、登録された指紋の画像の特徴点が抽出され、図１１に示すような特徴点情報が登録情報としてパラメータ種別に対応して登録される。
【００９２】
入力装置では、最初に出力パラメータごとに画像登録が行われる。ここでは、例えばＸ、Ｙ用に人差し指の指紋、β、Ｚ用に中指の指紋、α、γ用に薬指の指紋により制御情報を生成する場合を例に説明する。
【００９３】
まず、入力装置では、出力パラメータをＸ、Ｙとする画像登録が行われる。そこで、入力装置では、例えばユーザの人差し指の指紋の登録を行う（ステップＳ４８０）。ユーザが人差し指を指紋センサ１３２のセンサ面（検出面）に押し当てると、センサ面に接触する指紋の画像が取り込まれる。ＣＰＵ１２４は、指紋センサＩ／Ｆ回路１３０を介して指紋センサ１３２により指紋画像を取り込み、当該指紋画像の特徴点を抽出する。そしてＣＰＵ１２４は、抽出した特徴点の位置情報又はその位置の分布についての特徴点情報を登録情報として、パラメータ種別Ｘ、Ｙに対応して登録情報記憶部４０として機能するＲＡＭ１２８に登録する。
【００９４】
次に、入力装置では、出力パラメータをβ、Ｚとする画像登録が行われる。そこで、入力装置では、例えばユーザの中指の指紋の登録を行う（ステップＳ４８１）。ユーザが中指を指紋センサ１３２のセンサ面に押し当てると、センサ面に接触する指紋の画像が取り込まれる。ＣＰＵ１２４は、指紋センサＩ／Ｆ回路１３０を介して指紋センサ１３２により指紋画像を取り込み、当該指紋画像の特徴点を抽出する。そしてＣＰＵ１２４は、抽出した特徴点の位置又はその位置の分布についての特徴点情報を登録情報として、パラメータ種別Ｚ、βに対応してＲＡＭ１２８に登録する。
【００９５】
そして、入力装置では、出力パラメータをα、γとする画像登録が行われる。そこで、入力装置では、例えばユーザの中指の指紋の登録を行う（ステップＳ４８２）。ユーザが薬指を指紋センサ１３２のセンサ面に押し当てると、センサ面に接触する指紋の画像が取り込まれる。ＣＰＵ１２４は、指紋センサＩ／Ｆ回路１３０を介して指紋センサ１３２により指紋画像を取り込み、当該指紋画像の特徴点を抽出する。そしてＣＰＵ１２４は、抽出した特徴点の位置又はその位置の分布についての特徴点情報を登録情報として、パラメータ種別α、γに対応してＲＡＭ１２８に登録する。
【００９６】
その後、登録処理を終了する（エンド）。
【００９７】
図１５では人差し指、中指、薬指の順に指紋の登録が行われるが、ユーザの指示により、いずれか１つの指、若しくは４つ以上の指の指紋の登録が行われるようにしても良い。また、その登録順序を任意に変更できるようにすることも可能である。さらに、指紋の登録を行うたびに、割り当てるパラメータ種別を指定できるようにすることも可能である。また登録された情報はＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性の記録媒体に格納することができる。またインタフェース回路１３０を介し、外部の記録媒体に格納しても良い。
【００９８】
図１３に戻って説明を続ける。ステップＳ４５０において、登録モードへの移行指示がないとき（ステップＳ４５１）、図１２に示す認証処理で登録者と認証されたことを条件に、センサ上に人差し指があるか否かを検出する（ステップＳ４５２）。すなわち、登録者と認証された人差し指がセンサ上にあるか否かを検出する。例えばＣＰＵ１２４は、指紋センサにより取り込まれた指紋画像の特徴点を抽出し、図１２に示す認証処理において第１の特徴点情報との間で所与の誤差範囲内で一致したとき、第１の特徴点情報に対応した人差し指がセンサ上にあると判別することができる。
【００９９】
その結果ＣＰＵ１２４が、登録者の人差し指がセンサ上にあると判別したとき（ステップＳ４５２：Ｙ）、その人差し指が左右（Ｘ軸）方向に移動したか否かを判別する（ステップＳ４５３）。その際、ＣＰＵ１２４は、例えば指紋センサの検出エリア内の基準位置に対し、取り込まれた人差し指の指紋画像の指紋センサの検出エリア内の位置がＸ軸方向にずれた距離を検出する。
【０１００】
図１６に、指紋センサの検出エリア内で指紋画像の位置を特定する手法を説明するための図である。指紋センサ１３２により、検出エリア５００内でＸ軸及びＹ軸方向で走査されて、図１６に示す位置において指紋画像５３０が取り込まれたものとする。ここで指紋画像５３０の輪郭のＸ軸方向の最大値及び最小値をＸＥ、ＸＳ、Ｙ軸方向の最大値及び最小値をＹＥ、ＹＳとする。図１３に示すＸ軸方向の移動を検出するための指紋画像の検出エリア５００内での位置（Ｘ，Ｙ）は、例えば（ＸＳ，ＹＳ）や、（ＸＥ，ＹＥ）や、（（ＸＳ＋ＸＥ）／２，（ＹＳ＋ＹＥ）／２）とすることができる。いずれの方法によっても、取り込まれた指紋画像のＸ軸及びＹ軸方向の位置を特定することができる。
【０１０１】
したがって、検出エリア５００内での基準位置に対して、このようにして特定された指紋画像のＸ軸及びＹ軸方向の位置とのずれを比較することで、その移動量を求めることが可能となる。
【０１０２】
また、ステップＳ４５３において、人差し指が左右方向の移動については、ＣＰＵ１２４が、周期的に指紋センサで取り込まれる人差し指の指紋画像の特徴点を、２つのフレームの指紋画像同士で比較し、対応する特徴点がＸ軸方向にずれた距離を検出することで求めることも可能である。
【０１０３】
図１７に、指紋画像の特徴点を用いた移動検出原理を説明するための図を示す。フレームｆにおいて取り込まれた人差し指の指紋画像から抽出された特徴点Ｐｒ、Ｑｒ、Ｒｒが、フレーム（ｆ＋ｎ）（ｎは自然数）において取り込まれた人差し指の指紋画像の特徴点Ｐ、Ｑ、Ｒの位置に移動したものとする。ＣＰＵ１２４では、３以上の抽出された特徴点のうち少なくとも特徴点Ｐｆ、Ｑｆ、Ｒｆの３点が、それぞれ対応する特徴点Ｐｆ＋１、Ｑｆ＋１、Ｒｆ＋１に一致するようにＸ軸方向及びＹ軸方向の移動させて、そのずれをΔＸ、ΔＹとして検出することができる。
【０１０４】
このようにしてセンサ上を人差し指が左右方向に移動したと判別されたとき（ステップＳ４５３：Ｙ）、ＣＰＵ１２４は、人差し指の登録情報に関連付けられて記憶されたパラメータ種別Ｘ、Ｙのうち、検出されたＸ軸方向の移動に対応したパラメータ種別Ｘに対応して、その検出された移動量に応じた制御情報ΔＸを出力する（又は生成する）（ステップＳ４５４）。
【０１０５】
ステップＳ４５３において、センサ上を人差し指が左右方向に移動していないと判別されたとき（ステップＳ４５３：Ｎ）、又はステップＳ４５４で制御情報ΔＸが出力されると、続いてＣＰＵ１２４は、その人差し指が上下（Ｙ軸）方向に移動したか否かを判別する（ステップＳ４５５）。
【０１０６】
センサ上を人差し指が上下方向に移動したと判別されたとき（ステップＳ４５５：Ｙ）、ＣＰＵ１２４は、人差し指の登録情報に関連付けられて記憶されたパラメータ種別Ｘ、Ｙのうち、検出されたＹ軸方向の移動に対応したパラメータ種別Ｙに対応して、その検出された移動量に応じた制御情報ΔＹを出力する（又は生成する）（ステップＳ４５６）。なお、Ｙ軸方向の移動の検出は、Ｘ軸方向と同様の原理で行うことができる。
【０１０７】
ステップＳ４５５において、センサ上を人差し指が上下方向に移動していないと判別されたとき（ステップＳ４５５：Ｎ）、又はステップＳ４５６で制御情報ΔＹが出力されると、ステップＳ４５０に戻る。
【０１０８】
図１３のステップＳ４５２において、ＣＰＵ１２４が、登録者の人差し指がセンサ上にないと判別したとき（ステップＳ４５２：Ｎ）、登録者と認証された中指がセンサ上にあるか否かを検出する（ステップＳ４５７）。例えばＣＰＵ１２４は、指紋センサにより取り込まれた指紋画像の特徴点を抽出し、図１２に示す認証処理において第２の特徴点情報との間で所与の誤差範囲内で一致したとき、第２の特徴点情報に対応した中指がセンサ上にあると判別することができる。
【０１０９】
その結果ＣＰＵ１２４が、登録者の中指がセンサ上にあると判別したとき（ステップＳ４５７：Ｙ）、その中指が左右（Ｘ軸）方向に移動したか否かを判別する（ステップＳ４５８）。その際、ＣＰＵ１２４は、ステップＳ４５３と同様に、Ｘ軸方向の移動を検出することができる。
【０１１０】
センサ上を中指が左右方向に移動したと判別されたとき（ステップＳ４５８：Ｙ）、ＣＰＵ１２４は、中指の登録情報に関連付けられて記憶されたパラメータ種別Ｚ、βのうち、検出されたＸ軸方向の移動に対応したパラメータ種別βに対応して、その検出された移動量に応じた制御情報βを出力する（又は生成する）（ステップＳ４５９）。
【０１１１】
ステップＳ４５８において、センサ上を中指が左右方向に移動していないと判別されたとき（ステップＳ４５８：Ｎ）、又はステップＳ４５９で制御情報βが出力されると、続いてＣＰＵ１２４は、その中指が上下（Ｙ軸）方向に移動したか否かを判別する（ステップＳ４６０）。
【０１１２】
センサ上を中指が上下方向に移動したと判別されたとき（ステップＳ４６０：Ｙ）、ＣＰＵ１２４は、中指の登録情報に関連付けられて記憶されたパラメータ種別Ｚ、βのうち、検出されたＹ軸方向の移動に対応したパラメータ種別Ｚに対応して、その検出された移動量に応じた制御情報ΔＺを出力する（又は生成する）（ステップＳ４６１）。なお、Ｙ軸方向の移動の検出は、Ｘ軸方向と同様の原理で行うことができる。
【０１１３】
ステップＳ４６０において、センサ上を中指が上下方向に移動していないと判別されたとき（ステップＳ４６０：Ｎ）、又はステップＳ４６１で制御情報ΔＺが出力されると、ステップＳ４５０に戻る。
【０１１４】
一方、ステップＳ４５７において、ＣＰＵ１２４が、登録者の薬指がセンサ上にないと判別したとき（ステップＳ４５７：Ｎ）、登録者と認証された薬指がセンサ上にあるか否かを検出する（ステップＳ４６２）。例えばＣＰＵ１２４は、指紋センサにより取り込まれた指紋画像の特徴点を抽出し、図１２に示す認証処理において第３の特徴点情報との間で所与の誤差範囲内で一致したとき、第３の特徴点情報に対応した薬指がセンサ上にあると判別することができる。
【０１１５】
その結果ＣＰＵ１２４が、登録者の薬指がセンサ上にあると判別したとき（ステップＳ４６２：Ｙ）、その薬指が左右（Ｘ軸）方向に移動したか否かを判別する（ステップＳ４６３）。その際、ＣＰＵ１２４は、ステップＳ４５３と同様に、Ｘ軸方向の移動を検出することができる。
【０１１６】
センサ上を薬指が左右方向に移動したと判別されたとき（ステップＳ４６５：Ｙ）、ＣＰＵ１２４は、薬指の登録情報に関連付けられて記憶されたパラメータ種別α、γのうち、検出されたＸ軸方向の移動に対応したパラメータ種別γに対応して、その検出された移動量に応じた制御情報γを出力する（又は生成する）（ステップＳ４６４）。
【０１１７】
ステップＳ４６３において、センサ上を薬指が左右方向に移動していないと判別されたとき（ステップＳ４６３：Ｎ）、又はステップＳ４６４で制御情報γが出力されると、続いてＣＰＵ１２４は、その薬指が上下（Ｙ軸）方向に移動したか否かを判別する（ステップＳ４６５）。
【０１１８】
センサ上を薬指が上下方向に移動したと判別されたとき（ステップＳ４６５：Ｙ）、ＣＰＵ１２４は、薬指の登録情報に関連付けられて記憶されたパラメータ種別α、γのうち、検出されたＹ軸方向の移動に対応したパラメータ種別αに対応して、その検出された移動量に応じた制御情報αを出力する（又は生成する）（ステップＳ４６６）。なお、Ｙ軸方向の移動の検出は、Ｘ軸方向と同様の原理で行うことができる。
【０１１９】
ステップＳ４６５において、センサ上を薬指が上下方向に移動していないと判別されたとき（ステップＳ４６５：Ｎ）、又はステップＳ４６６で制御情報αが出力されると、ステップＳ４５０に戻る。
【０１２０】
またステップＳ４６２において、ＣＰＵ１２４が登録者の薬指がセンサ上にないと判別したとき（ステップＳ４６２：Ｎ）、終了する場合には（ステップＳ４６７：Ｙ）、一連の処理を終了する（エンド）が、ステップＳ４６７で終了しない場合には（ステップＳ４６７：Ｎ）、ステップＳ４５０に戻る。
【０１２１】
以上のようにして、登録情報（特徴点情報）に基づいて登録者と認証された指紋画像を用いて、該指紋画像の移動に応じて当該登録情報に関連付けられたパラメータ種別に対応した制御情報を出力する。
【０１２２】
なお上述の実施形態では、画像の特徴点を用いて、画像の移動を検出する場合について説明したが、これに限定されるものではない。画像の重心位置により画像の移動を検出することも可能である。
【０１２３】
図１８に、指紋画像の重心位置について説明する図を示す。ここでは、図６〜図９に示す構成の指紋センサを用いている。検出エリア５００内の指紋画像５３０が取り込まれる際、指紋センサ１３２では、Ｘ軸方向については、指紋の山又は谷の検出が開始される出力線Ｏ１と、指紋の山又は谷が検出されなくなる出力線Ｏ２とにより、指紋の山又は谷が検出される出力線の数Ｏｃを特定することができる。Ｙ軸方向については、同様に、指紋の山又は谷の検出が開始される電源線Ｄ１と、指紋の山又は谷が検出されなくなる電源線Ｄ２とにより、検出される電源線の数Ｄｃを特定することができる。したがって、出力線の数Ｏｃと電源線の数Ｄｃとにより、指紋画像５３０の面積と等価的な値を求めることができる。そこで、電源線Ｄ１と電源線Ｄ２との間のほぼ中間地点に位置する電源線Ｄ３を特定し、かつ出力線Ｏ１と出力線Ｏ２との間のほぼ中間地点に位置する出力線Ｏ３を特定することで、指紋画像５３０の重心位置Ｐｇをより少ない処理負荷で求めることができる。
【０１２４】
ところで、上述の実施形態では、同一ユーザについて、各指ごとに予め指紋画像の特徴点情報をパラメータ種別に割り当てる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば以下に示す登録情報のように、相異なる複数のユーザについて、それぞれ１又は複数の指紋画像についての登録情報をパラメータ種別に割り当てるようにしてもよい。この場合、ユーザごとに、予め登録されたパラメータ種別に対応した制御方向の制御情報のみを生成することができるので、複数のユーザが使用する情報装置に適用される場合であっても、機密性を維持する入力装置を提供することができる。
【０１２５】
図１９に、登録情報の登録内容の他の例を示す。すなわち、ユーザＡ（第１のユーザ）の人差し指（第１の指）の指紋画像の特徴点情報が、パラメータ種別Ｘ、Ｙ（第１のパラメータ種別）に割り当てて登録されている。したがって、ユーザＡは、自分の人差し指を、図４、図６〜図９に示す構成の指紋センサのセンサ面に押し当て、所定の方向に移動させることで、その移動量に応じてＸ軸方向又はＹ軸方向の制御情報を生成させることができる。またその一方で、ユーザＡ以外の他のユーザは、その制御情報を生成させることができないことを意味する。
【０１２６】
同様にして、ユーザＡとは別人のユーザＢ（第２のユーザ）の中指（第３の指）の指紋画像の特徴点情報が、パラメータ種別Ｚ、β（第３のパラメータ種別）に割り当てて登録されている。したがって、ユーザＢは、その中指を、図４、図６〜図９に示す構成の指紋センサのセンサ面に押し当て、所定の方向に移動させることで、その移動量に応じてＺ軸方向又はＺ軸方向の軸回りの回転方向の制御情報を生成させることができる。またその一方で、ユーザＡ等のユーザＢ以外のユーザは、その制御情報を生成させることができず、機密保持性の向上に貢献することができる。
【０１２７】
またユーザＣの薬指の指紋画像の特徴点情報が、パラメータ種別α、γに割り当てて登録されている。したがって、ユーザＣは、その薬指を、図４、図６〜図９に示す構成の指紋センサのセンサ面に押し当て、所定の方向に移動させることで、その移動量に応じてＸ軸又はＹ軸方向の軸回りの回転方向の制御情報を生成させることができる。
【０１２８】
このように複数のユーザは、それぞれ各自で登録された指以外では制御情報を生成させることができず、機密保持性の向上に貢献することができる。
【０１２９】
なお、図１９に示すように、複数のユーザがそれぞれ、複数の指を登録することができる。また指ごとにパラメータ種別を異ならせて登録することもできる。
【０１３０】
また、図１３及び図１４において、各指を左右方向又は上下方向に移動させたときに生成される制御情報の種類を固定的にしていたが、これに限定されるものではない。生成される制御情報の種類をユーザが指定可能に構成するようにしてもよい。この場合、例えば図１３においてセンサ上の人差し指を左右方向に移動させたときに制御情報ΔＹが生成され、上下方向に移動させたときに制御情報ΔＸが生成されることができる。また、生成される制御情報の種類も、図１１又は図１９に示す登録情報に関連付けて指定できるようにすることも可能である。
【０１３１】
２． 情報装置
図２０に、本実施形態における入力装置が適用されるＩＣカードの構成ブロック図の一例を示す。ＩＣカード６００は、上述した指紋センサを用いた入力装置６１０と、画像生成部（広義には所定の制御対象の制御処理を行う処理部）６２０と、表示部６３０とを含む。入力装置６１０は、図１又は図５で説明した入力装置である。画像生成部６２０は、ＣＰＵ、及びＲＯＭ又はＲＡＭに格納されたソフトウェアプログラムにより実現される。表示部６３０は、ＬＣＤパネル及びその駆動回路により実現される。
【０１３２】
ここで画像生成部６２０は、入力装置６１０から出力された制御情報に基づいて画像データを生成する（広義には制御処理を行う）。より具体的には、入力装置６１０により６軸方向の移動指示に対応して変化する画像の画像データを生成する。表示部６３０は、画像生成部６２０で生成された画像データに基づいて画像表示を行う。
【０１３３】
このような構成のＩＣカード６００では、ユーザが入力装置６００に指の指紋画像を６軸方向に移動させて、移動指示を行うことで、表示部６３０に表示されるポインタを移動させたり、表示部６３０の画像をスクロールさせたりすることができるようになる。
【０１３４】
なおここでは、情報装置としてＩＣカードを例に説明したが、ＰＤＡ、携帯電話、３次元ＣＡＤ装置、仮想現実体験装置又は電子楽器等に本実施形態に係る入力装置を適用することができる。
【０１３５】
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
【０１３６】
例えば本実施形態では、指紋センサを用いた入力装置について説明したが、これに限定されるものではなく、指紋以外の２次元又は３次元の物体の画像を取り込んで同様に制御情報を出力させることができる。また検出面を有さない入力装置についても同様に適用することができる。
【０１３７】
また、本発明のうち従属請求項に係る発明においては、従属先の請求項の構成要件の一部を省略する構成とすることもできる。また、本発明の１の独立請求項に係る発明の要部を、他の独立請求項に従属させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施形態における入力装置の構成ブロック図。
【図２】 本実施形態における登録情報の概要を示す図。
【図３】 ６軸方向の制御情報の説明図。
【図４】 指紋センサを用いた入力装置の概要を示す外観構成図。
【図５】 入力装置のハードウェア構成例を示すブロック図。
【図６】 指紋センサの一例を示す回路構成図。
【図７】 静電容量検出素子の断面図。
【図８】 指紋の山が接触する場合の静電容量検出素子の等価回路図。
【図９】 指紋の谷が対向する場合の静電容量検出素子の等価回路図。
【図１０】 図１０（Ａ）、（Ｂ）は指紋の特徴点の一例を示す説明図。
【図１１】 本実施形態における登録情報の内容の一例を示す図。
【図１２】 入力装置の認証処理の一例を示すフロー図。
【図１３】 入力装置の処理フローの一例の前半を示すフロー図。
【図１４】 入力装置の処理フローの一例の後半を示すフロー図。
【図１５】 入力装置の登録処理の一例を示すフロー図。
【図１６】 指紋センサの検出エリア内で指紋画像の位置を特定する手法を説明するための図。
【図１７】 指紋画像の特徴点を用いた移動検出原理を説明するための図。
【図１８】 指紋画像の重心位置について説明する図。
【図１９】 本実施形態における登録情報の内容の他の例を示す図。
【図２０】 ＩＣカードの構成例を示すブロック図。
【符号の説明】
１０ 入力装置、 ２０ 画像取込部、 ２２ 検出面、 ３０ 画像照合部、３２ 取込画像解析部、 ４０ 登録情報記憶部、 ５０ 登録部、 ５２ 登録画像解析部、 ６０ 移動検出部、 ７０ 制御情報出力部、 １００ ＩＣカード、 １０２ 指、 １２２ バス、 １２４ ＣＰＵ、 １２６ ＲＯＭ、 １２８ ＲＡＭ、 １３０ 指紋センサＩ／Ｆ回路、 １３２ 指紋センサ、 １３４ ＵＳＢＩ／Ｆ回路、 １４０ パソコン
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力装置、これを含む情報装置及び制御情報生成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
入力装置は、電子機器（情報機器又は情報装置）の操作部に用いられる。例えば、ユーザが入力装置を操作することにより、電子機器では、入力装置から出力された制御情報（操作情報）を用いて、表示部に表示されるポインタを移動させたり、表示部の画像をスクロールさせたりする。この入力装置については、ユーザの操作性を低下させないことが必要とされる。
【０００３】
入力装置として、例えば３次元空間上の任意の位置を指示する際の操作性を向上させたものがある。この入力装置では、まず基準点を設定する。指示位置が画面上に現れていない場合、該基準点を中心にした移動と、該基準点と視点とを結ぶ直線に沿った移動とを組み合わせて行って視点を移動させた後、移動後の視点から３次元空間を再表示する。指示位置が画面上に現れている場合、画面上でカーソルを移動させる（例えば、特許文献１）。このような操作を可能にすることで、この入力装置では、いわゆる６軸方向の操作を行う必要がなくなる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−４０５７１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献１に開示されている入力装置では、位置を指定するための位置入力部の構成上、携帯型の情報機器に適用することが困難である。また、例えば位置入力部の構成を小型化した場合であっても、操作者は直感的に３次元空間上の操作を行うことができないため、操作方法に熟練しない限り操作性を向上させることが難しい。
【０００６】
その一方で、例えば上述した入力装置を、高度な情報処理を行う３次元ＣＡＤ装置や仮想実体験装置等のみならず、携帯電話やＰＤＡに適用できることが望ましい。そのため、バッテリ駆動による動作が可能で、小型化が可能な構成であることが必要となる。
【０００７】
本発明は、以上のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、超小型かつ超軽量で、これまで以上に操作性を向上させることが可能な入力装置、情報装置及び制御情報生成方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、被検出物の画像を取り込む画像取込部と、前記画像取込部により取り込まれた前記被検出物の画像と、登録情報とを照合する画像照合部と、前記画像照合部により照合された結果、前記登録情報に前記被検出物の画像に対応する部分が存在すると判断された場合に、前記被検出物の画像を用いて前記被検出物の移動を検出する移動検出部と、前記移動検出部の検出結果に基づいて、前記被検出物の画像に対応する登録情報に関連付けられたパラメータの種別に対応した制御情報を出力する制御情報出力部とを含む入力装置に関係する。
【０００９】
ここで登録情報は、外部から入力されても良い。
【００１０】
本発明においては、登録情報に、画像取込部により取り込まれた被検出物の画像に対応する部分が存在するか否かを画像照合部で照合し、その照合の結果、存在すると判断されたときに、被検出物の画像を用いて被検出物の移動を検出している。そして、被検出物の画像に対応する登録情報に関連付けられたパラメータの種別に対応した制御情報を、被検出物の移動結果に応じて出力している。これにより、登録された本人以外では制御情報を生成させることができなくなるため、機密保持性を向上させることができるようになる。
【００１１】
また本発明は、パラメータの種別に対応して登録情報を記憶する登録情報記憶部と、被検出物の画像を取り込む画像取込部と、前記画像取込部により取り込まれた前記被検出物の画像と、前記登録情報記憶部に記憶された登録情報とを照合する画像照合部と、前記画像照合部により照合された結果、前記被検出物の画像に対応する登録情報が存在すると判断された場合に、前記被検出物の画像を用いて前記被検出物の移動を検出する移動検出部と、前記移動検出部の検出結果に基づいて、前記被検出物の画像に対応する登録情報に関連付けられたパラメータの種別に対応した制御情報を出力する制御情報出力部とを含む入力装置に関係する。
【００１２】
本発明においては、画像取込部により取り込まれた被検出物の画像に対応する登録情報が登録情報記憶部に記憶されているか否かを画像照合部で照合し、その照合の結果、被検出物の画像に対応する登録情報が存在すると判断されたときに、被検出物の画像を用いて被検出物の移動を検出している。そして、被検出物の画像に対応する登録情報に関連付けられたパラメータの種別に対応した制御情報を、被検出物の移動結果に応じて出力している。これにより、登録された本人以外では制御情報を生成させることができなくなるため、機密保持性を向上させることができるようになる。また、登録情報に登録させるパラメータの種別を適宜変更することで、ユーザの操作性を向上させることができる。
【００１３】
また本発明に係る入力装置では、前記登録情報は、画像の特徴点であってもよい。
【００１４】
また本発明に係る入力装置では、前記特徴点は、前記画像取込部により取り込まれた前記被検出物の画像から抽出されたものであってもよい。
【００１５】
また本発明に係る入力装置では、前記移動検出部は、前記画像の特徴点を用いて前記被検出物の移動を検出することができる。
【００１６】
また本発明に係る入力装置では、前記移動検出部は、前記画像の重心位置を用いて前記被検出物の移動を検出し、前記重心位置は、前記画像取込部により取り込まれた前記被検出物の画像から求められたものであってもよい。
【００１７】
本発明によれば、少ない処理負荷で、被検出物の画像を用いた被検出部の移動を検出し、これに対応した制御情報を生成させることができるようになる。
【００１８】
また本発明に係る入力装置では、前記画像取込部は、検出面を有し、該検出面に接する被検出物の画像を取り込み、前記制御情報出力部は、前記検出面上の互いに直交する第１及び第２の軸方向、前記検出面と垂直な第３の軸方向、及び前記第１乃至３の軸方向の軸回りの回転方向のうち、少なくとも１つの方向の制御情報を出力することができる。
【００１９】
本発明によれば、これまで以上に操作性を向上させることができる入力装置を提供することができる。
【００２０】
また本発明に係る入力装置では、前記パラメータの種別ごとに、前記登録情報を登録する登録部を含むことができる。
【００２１】
本発明によれば、登録情報を任意に変更することができるので、機密保持性を維持し、かつユーザの癖に柔軟に対応して操作性を向上させる入力装置を提供することができる。
【００２２】
また本発明に係る入力装置では、前記登録情報は、複数の画像情報を有し、各画像情報に前記パラメータ種別が関連付けられてもよい。
【００２３】
本発明によれば、被検出物の種類に応じて、最適な制御情報を出力させることができるので、これまで以上に操作性を向上させる入力装置を提供することができる。
【００２４】
また本発明に係る入力装置では、前記被検出物の画像は、指紋画像であってもよい。
【００２５】
本発明によれば、さらに超小型化・超軽量化を図る指紋センサを用いることも可能となり、携帯型の情報装置への適用を可能にする。
【００２６】
また本発明は、上記いずれか記載の入力装置と、前記入力装置からの制御情報に基づいて制御処理を行う処理部とを含む情報装置に関係する。
【００２７】
本発明によれば、超小型かつ超軽量で、これまで以上に操作性を向上させることが可能な携帯型の情報装置を提供することができる。
【００２８】
また本発明は、取り込んだ被検出物の画像を用いて制御情報を生成する制御情報生成方法であって、前記被検出物の画像を用いて、パラメータの種別に対応して記憶された登録情報の中から該画像に対応する登録情報を検索し、前記被検出物の画像に対応する登録情報が存在すると判断された場合に、前記被検出物の画像を用いて前記被検出物の移動を検出し、前記被検出物の移動の検出結果に基づいて、前記被検出物の画像に対応する登録情報に関連付けられたパラメータの種別に対応した制御情報を生成する制御情報生成方法に関係する。
【００２９】
また本発明に係る制御情報生成方法では、前記被検出物の画像の検出面上の互いに直交する第１及び第２の軸方向、前記検出面と垂直な第３の軸方向、及び前記第１乃至３の軸方向の軸回りの回転方向のうち、少なくとも１つの方向の制御情報を生成することができる。
【００３０】
本発明に係る制御情報生成方法では、前記被検出物の画像は、指紋画像であってもよい。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００３２】
１． 入力装置
図１に、本実施形態における入力装置の構成の概要を示す。本実施形態における入力装置１０は、１又は複数の登録情報の中から、取り込んだ画像に対応する登録情報を検索し、検索された登録情報に関連付けられた６軸方向のいずれかの方向の制御情報（操作情報）を出力することができるようになっている。そのため、入力装置１０は、画像取込部２０、画像照合部３０、登録情報記憶部４０、登録部５０、移動検出部６０、制御情報出力部７０を含む。
【００３３】
画像取込部２０は、ユーザが移動させる２次元又は３次元の被検出物を、検出面（センサ面）を介して２次元の情報である画像として取り込み、１フレームごとに画像情報を生成する。
【００３４】
画像照合部３０は、登録情報記憶部４０に登録された登録情報と、画像取込部２０で取り込まれた画像とを照合し、該画像に対応する登録情報を検索する。より具体的には、画像照合部３０は、画像取込部２０で取り込まれた画像を解析し、その解析結果を用いて登録情報記憶部４０に登録された登録情報の中から、該画像に対応する登録情報の有無を検出する。このような画像照合部３０は、画像の照合処理の負荷を軽減するため、取込画像解析部３２を含むことができる。取込画像解析部３２は、画像取込部２０で取り込まれた被検出物の画像を解析して、該画像の特徴点又は重心位置、或いはこれらと等価的な情報を求める。ここで特徴点とは、２つの画像を比較して、その移動距離や移動方向、又は回転角度を特定するために参照可能な当該画像特有の形態を有する位置（領域）をいう。また重心位置とは、当該画像の面積的な中心位置をいう。
【００３５】
登録情報記憶部４０は、１又は複数の登録情報を記憶する。より具体的には、登録情報記憶部４０は、画像照合部３０の照合処理に先立って、登録情報と、該登録情報に関連付けられたパラメータ種別とを記憶している。パラメータ種別は、複数の制御情報のいずれを出力させるかを決めるための情報である。登録情報記憶部４０に記憶される登録情報は、パラメータ種別ごとに登録部５０により登録される。なお上述したように画像の照合処理の負荷を軽減するため、登録情報記憶部４０は、画像の特徴点等を登録情報として記憶することができる。そのため登録部５０は、登録画像解析部５２を含むことができる。登録画像解析部５２は、画像取込部２０で取り込まれた被検出物の画像の特徴点、重心位置、又はこれらと等価的な情報を求めることができる。
【００３６】
移動検出部６０は、画像照合部３０により、画像取込部２０で取り込まれた被検出物の画像が登録情報記憶部４０に記憶された登録情報を用いて認証されると、該被検出物の画像を用いて、被検出物の移動を検出する。より具体的には、画像照合部３０において、登録情報記憶部４０の登録情報と画像取込部２０で取り込まれた被検出物の画像とが照合された結果、該被検出物の画像に対応する登録情報が登録情報記憶部４０に存在すると判断された場合に、移動検出部６０は、被検出物の画像の変化に基づき、被検出物の移動を検出する。
【００３７】
制御情報出力部７０は、移動検出部６０で検出された移動量に応じて、登録情報記憶部４０に記憶された該被検出物の画像に対応する登録情報に関連付けられたパラメータ種別に対応した制御方向の制御情報を出力する。この制御情報は、６軸方向の少なくとも１つの方向の制御情報である。
【００３８】
図２に、登録情報記憶部に記憶される登録情報の構造の例を模式的に示す。ここで、登録情報は、登録部５０により照合処理に先立って登録される。そして、各登録情報は、パラメータ種別に対応して登録される。入力装置１０は、このパラメータ種別に対応した制御方向の制御情報を出力することになる。例えば第１の登録情報が第１のパラメータに関連付けられて登録されているものとする。この場合、取り込まれた画像を各登録情報と照合した結果、第１の登録情報が該画像に対応すると判断されたとき、取り込まれた画像を用いて検出された移動量に応じて第１のパラメータに対応する制御方向の制御情報が出力される。
【００３９】
図３に、６軸方向の制御情報の説明図を示す。６軸方向の制御情報とは、画像取込部２０の検出面（センサ面）２２上（又は検出面と平行な平面上）の互いに直交するＸ軸及びＹ軸（第１及び第２の軸）方向の位置Ｘ、Ｙ、該検出面に垂直な方向のＺ軸（第３の軸）方向の位置Ｚ、Ｘ軸方向の軸回りの回転角度α、Ｙ軸方向の軸回りの回転角度γ、Ｚ軸方向の軸回りの回転角度βの６軸方向について指示される情報である。Ｘ軸方向の位置Ｘ、Ｙ軸方向の位置Ｙ、Ｚ軸方向の位置Ｚ、Ｘ軸方向の軸回りの回転角度α、Ｚ軸方向の軸回りの回転角度β、Ｙ軸方向の軸回りの回転角度γには、それぞれ図３に示すように（＋）方向及び（−）方向が規定される。
【００４０】
次に、入力装置について具体的に説明する。なお以下に述べる入力装置は、指紋センサを用いるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４１】
図４に、指紋センサを用いた入力装置の外観構成の概要を示す。ここでは、本実施形態における入力装置が、ＩＣカード（広義には、情報装置）１００に実装される場合を示している。ＩＣカード１００は、内部にＣＰＵやメモリ素子を有する。これにより、ＩＣカード１００では、機密保持性を向上させると共に、情報処理による高度な情報をより多くの記憶させることが可能となる。そして、本実施形態における入力装置を用いることで、超小型かつ超軽量な構成で、ユーザの多様な操作を反映させた情報処理を行うことができる。
【００４２】
図４において、入力装置としての指紋センサの検出面２２に、指紋パターンが形成されたユーザの指（広義には、被検出物）１０２を接触させることにより、指紋画像が取り込まれる。そして、検出面２２上に規定される３次元空間において検出されたユーザによる指１０２の６軸方向の移動により、対応する制御情報が出力される。ＩＣカード１００では、該制御情報に基づく処理が行われる。例えばＩＣカード１００に液晶パネルが設けられている場合には、液晶パネルに表示されるポインタの移動や表示画像のスクロール等の表示制御が行われる。なお入力装置が３次元ＣＡＤ装置に適用される場合には、操作対象の物体の回転或いは視点の移動の制御が行われることになる。
【００４３】
図５に、入力装置のハードウェア構成例を示す。入力装置１２０では、バス１２２に、ＣＰＵ１２４、ＲＯＭ１２６、ＲＡＭ１２８、指紋センサインタフェース（InterFace：Ｉ／Ｆ）回路１３０が接続される。指紋センサＩ／Ｆ回路１３０には、指紋センサ１３２が接続される。またバス１２２にＵＳＢＩ／Ｆ回路１３４が接続される。ＵＳＢＩ／Ｆ回路１３４は、外部でパソコン１４０等のＵＳＢ規格上のホスト装置若しくはペリフェラル装置に接続される。
【００４４】
ここで主に指紋センサ１３２及び指紋センサＩ／Ｆ回路１３０により、図１に示す画像取込部２０の機能が実現される。指紋センサ１３２により取り込まれた指紋画像は、指紋センサＩ／Ｆ回路１３０を介してＲＡＭ１２８に蓄積される。ＣＰＵ１２４と、ＲＯＭ１２６若しくはＲＡＭ１２８に格納されたソフトウェアプログラムとにより、図１に示す取込画像解析部３２を含む画像照合部３０、登録画像解析部５２を含む登録部５０、移動検出部６０及び制御情報出力部７０の機能が実現される。ＲＡＭ１２８により、図１に示す登録情報記憶部４０の機能が実現される。
【００４５】
１．２ 指紋センサ
図６に、指紋センサ１３２の一例を示す。図６において、Ｍ本（Ｍは２以上の整数）の電源線２００と、Ｎ本（Ｎは２以上の整数）の出力線２０２とを有する。Ｍ本の電源線２００とＮ本の出力線２０２の各交点には静電容量検出素子２０４が設けられている。図６に示す静電容量検出素子２０４は、指が接触したときの閉回路として図示されており、指の凹凸パターンに依存して変化する可変容量ＣＦと、信号増幅素子例えば信号増幅ＭＩＳ型薄膜半導体装置（以下信号増幅用ＴＦＴと略記する）２０６とを有する。静電容量検出素子２０４に指が接触していないときには、可変容量ＣＦの接地端側はオープン状態である。なお、可変容量ＣＦについては後述する。
【００４６】
Ｍ本の電源線２００の各々は、対応する行に沿って配列されたＮ個の信号増幅用ＴＦＴ２０６のドレインＤに接続されている。また、Ｍ本の電源線２００の各々は、Ｍ個の電源用パスゲート２１０の各々を介して共通電源線２１２に接続されている。すなわち、電源用パスゲート２１０はＭＩＳ型薄膜半導体装置にて形成され、そのソースＳは電源線２００に接続され、そのドレインＤは共通電源線２１２に接続されている。電源選択回路２２０内には、上述のＭ個の電源用パスゲート２１０及び共通電源線２１２に加えて、電源用シフトレジスタ２２２が設けられている。電源用シフトレジスタ２２２の電源選択用出力線２２４に、Ｍ個の電源用パスゲート２１０の各ゲートＧが接続されている。
【００４７】
Ｎ本の出力線２０２各々は、対応する列に沿って配列されたＭ個の信号増幅用ＴＦＴ２０６のソースＳに接続されている。また、Ｎ本の出力線２０２の各々は、Ｎ個の出力信号用パスゲート２３０の各々を介して共通出力線２３２に接続されている。すなわち、出力信号用パスゲート２３０はＭＩＳ型薄膜半導体装置にて形成され、そのドレインＤは出力線２０２に接続され、そのソースＳは共通出力線２３２に接続されている。出力信号選択回路２４０内には、上述のＮ個の出力信号用パスゲート２３０及び共通出力線２３２に加えて、出力信号用シフトレジスタ２４２が設けられている。出力信号用シフトレジスタ２４２の出力選択用出力線２４４に、出力信号用パスゲート２３０のゲートＧが接続されている。
【００４８】
図７は、図６に示す静電容量検出素子２０４の断面図であり、指が接触されていない状態が図示されている。この静電容量検出素子２０４は、上述の信号増幅素子である信号増幅用ＴＦＴ２０６に加えて、信号検出素子２０８を有する。
【００４９】
図７において、絶縁層２５０上には、ソース領域２５２Ａ、ドレイン領域２５２Ｂ及びその間のチャネル領域２５２Ｃを有する半導体膜２５２が形成されている。半導体膜２５２上にはゲート絶縁膜２５４が形成され、このゲート絶縁膜２５４を挟んでチャネル領域２５２Ｃと対向する領域にゲート電極２５６が形成されている。この半導体膜２５２、ゲート絶縁膜２５４及びゲート電極２５６で、信号増幅用ＴＦＴ２０６が構成される。なお、電源用パスゲート２１０及び出力信号用パスゲート２３０も、信号増幅用ＴＦＴ２０６と同様にして形成される。
【００５０】
この信号用ＴＦＴ２０６は第一層間絶縁膜２６０により被われている。第一層間絶縁膜２６０上には、図６に示す出力線２０２に相当する第一配線層２６２が形成されている。この第一配線層２６２は信号用ＴＦＴ２０６のソース領域２５２Ａに接続されている。
【００５１】
第一配線層２６２は第二層間絶縁膜２６４により被われている。この第二層間絶縁膜２６４上には、図６に示す電源線２００に相当する第二配線層２６６が形成されている。この第二配線層２６６は、信号増幅用ＴＦＴ２０６のドレイン領域２５２Ｂに接続されている。なお、図７とは異なる構造として、第二配線層２６６を第一層間絶縁膜２６０上に形成し、第一配線層２６２を第二層間絶縁膜２６４上に形成してもよい。
【００５２】
第二層間絶縁膜２６４上にはさらに、容量検出電極２７０が形成され、それを被って容量検出誘電体膜２７２が形成されている。容量検出誘電体膜２７２は、指紋センサ１３２の最表面に位置して保護膜としても機能し、この容量検出誘電体膜２７２に指が接触される。この容量検出電極２７０及び容量検出誘電体膜２７２により、信号検出素子２０８が構成される。
【００５３】
１．２．１ 指紋検出動作
指紋検出は、図７に示す容量検出誘電体膜２７２に指を接触させることで実施される。このとき、指紋センサ１３２の起動スイッチ（例えば感圧スイッチ）４２が作動し、入力装置１２０内の電源が作動して、自動的に、指紋センサ１３２に電源が供給される。或いは、入力装置１２０をパソコン１４０にセットし、パソコン１４０の給電部より電源が供給されても良い。
【００５４】
本実施形態では、図６に示すＭ本のうち選択された１本の電源線２００に電源電圧を供給し、かつ、そのときの信号を、Ｎ本のうち選択された１本の出力線２０２から検出することで、Ｍ×Ｎ個の静電容量検出素子２０４から順次信号を取り出している。
【００５５】
指紋検出動作は大別して、（１）指紋パターンの山（凸部）が容量検出誘電体膜２７２に接触する場合と、（２）指紋パターンの谷（凹部）が容量検出誘電体膜２７２に対向する場合とがある。
【００５６】
（１）指紋パターンの山（凸部）が容量検出誘電体膜２７２に接触する場合
図８に、この場合の静電容量検出素子２０４の等価回路を示す。符号３００は人体の指紋の山に相当し、図７の容量検出電極２７０と誘電体膜２７２を挟んで対向する接地電極３００が形成されている。ここで、電源電圧Ｖｄｄは共通電源線２１２より供給される。符号ＣＴは、信号増幅用ＴＦＴ２０６のトランジスタ容量であり、符号ＣＤは検出電極２７０と接地電極（指）３００との間の容量である。
【００５７】
ここで、信号増幅用ＴＦＴ２０６のゲート電極長をＬ（μｍ）、ゲート電極幅をＷ（μｍ）、ゲート絶縁膜の厚みをｔｏｘ（μｍ）、ゲート絶縁膜の比誘電率をεｏｘ、真空の誘電率をεｏとする。このとき、トランジスタ容量ＣＴは、（１）式のようになる。
【００５８】
ＣＴ＝εｏ・εｏｘ・Ｌ・Ｗ／ｔｏｘ ・・・（１）
また、容量検出電極２７０の面積Ｓ（μｍ２）、容量検出誘電体膜２７２の厚みをｔｄ（μｍ）、容量検出誘電体膜の比誘電率をεｄとする。このとき、容量ＣＤは、（２）式のようになる。
【００５９】
ＣＤ＝εｏ・εｄ・Ｓ／ｔｄ ・・・（２）
図８の等価回路において、信号増幅用ＴＦＴ２０６のゲートに印加される電圧ＶＧＴは、次式のようになる。
【００６０】
ＶＧＴ＝Ｖｄｄ／（１＋ＣＤ／ＣＴ） ・・・（３）
容量ＣＤをトランジスタ容量ＣＴよりも充分に大きく設定しておけば（例えばＣＤ＞１０×ＣＴ）、（３）式の分母は無限大となり、次式にように近似される。
【００６１】
ＶＧＴ≒０ ・・・（４）
この結果、信号増幅用ＴＦＴ２０６は、そのゲートにほとんど電圧がかからないためオフ状態となる。よって、信号増幅用ＴＦＴ２０６のソース−ドレイン間に流れる電流Ｉは極めて小さくなる。この電流Ｉを測定することで、測定箇所が指紋パターンの山（凸部）であることが判定できる。
【００６２】
（２）指紋パターンの谷（凹部）が容量検出誘電体膜２７２に対向する場合
図９に、この場合の静電容量検出素子２０４の等価回路を示す。符号３０２が人体の指紋の谷に相当する。この場合は、図８に示す容量ＣＤに加えて、誘電体膜２７２と指紋の谷との間に、空気を誘電体とする新たな容量ＣＡが形成される。
【００６３】
図９の等価回路において、信号増幅用ＴＦＴ２０６のゲートに印加される電圧ＶＧＶは、次式のようになる。
ＶＧＶ＝Ｖｄｄ／｛［１＋（１／ＣＴ）］×１／［（１／ＣＤ）＋（１／ＣＡ）］｝ ・・・（５）
容量ＣＤをトランジスタ容量ＣＴよりも充分に大きく設定しておけば（例えばＣＤ＞１０×ＣＴ）、（５）式は次式のように近似される。
【００６４】
ＶＧＶ≒Ｖｄｄ／［１＋（ＣＡ／ＣＴ）］ ・・・（６）
さらに、トランジスタ容量ＣＴを、指紋の谷により形成される容量ＣＡよりも充分に大きくしておけば（例えばＣＴ＞１０×ＣＡ）、（６）式は次式のように近似される。
【００６５】
ＶＧＶ≒Ｖｄｄ ・・・（７）
この結果、信号増幅用ＴＦＴ２０６は、そのゲートに電源電圧Ｖｄｄがかかるためオン状態となる。よって、信号増幅用ＴＦＴ２０６のソース−ドレイン間に流れる電流Ｉは極めて大きくなる。この電流Ｉを測定することで、測定箇所が指紋パターンの谷（凹部）であることが判定できる。
【００６６】
このように、図６に示す可変容量ＣＦは、指紋の山が容量検出誘電体膜２７２に接触した時は容量ＣＤとなり、指紋の谷が容量検出誘電体膜２７２に対向としたときは容量ＣＤと容量ＣＡとの和となり、指紋の凹凸に従って容量が変化する。この指紋の凹凸に従った容量変化に基づく電流を検出することで、指紋の山または谷を検出できる。
【００６７】
以上の動作を、Ｍ×Ｎ個の静電容量検出素子２０４にて時分割で実施することで、指紋パターンを検出することが可能となる。より具体的には、第１行の各列に位置する静電容量検出素子を順に指紋の凹凸を検出した後、第２行の指紋の凹凸を検出するといったように、ピクセルごとに指紋の凹凸を検出していく。その結果、例えば図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すような指紋画像を得ることができる。本実施形態では、この指紋センサ１３２を用いて周期的に指紋画像を取り込む。
【００６８】
なお、電源電圧Ｖｄｄに正電源を用いる場合には、ゲート電圧がゼロ近傍でドレイン電流が流れないエンハンスメント型Ｎ型トランジスタにて、信号増幅用ＴＦＴ２０６を形成すればよい。ＣＤ＞１０×ＣＴを満たす場合には、信号増幅用ＴＦＴ２０６の伝達特性におけるドレイン電流が最小値となるゲート電圧（最小ゲート電圧）をＶｍｉｎとしたとき、０＜Ｖｍｉｎ＜０．１×Ｖｄｄを満たせばよい。
【００６９】
電源電圧Ｖｄｄに負電源を用いる場合には、ゲート電圧がゼロ近傍でドレイン電流が流れないエンハンスメント型Ｐ型トランジスタにて、信号増幅用ＴＦＴ２０６を形成すればよい。ＣＤ＞１０×ＣＴを満たす場合には、信号増幅用ＴＦＴ２０６の伝達特性におけるドレイン電流が最小値となるゲート電圧（最小ゲート電圧）をＶｍｉｎとしたとき、０．１×Ｖｄｄ＜Ｖｍｉｎ＜０を満たせばよい。
【００７０】
本実施形態では、このようにして取り込まれた指紋画像を用いて制御情報を出力する。この際、取り込まれた指紋画像の特徴点を用いて登録された本人であるか否かの認証を行った後に、当該指紋画像の特徴点を用いて移動検出を行うことで、機密保持性を維持しつつ、処理負荷を軽減することができる。
【００７１】
図１０（Ａ）、（Ｂ）に、指紋の特徴点の一例を示す。図１０（Ａ）は、指紋の分岐点の一例を示す。図１０（Ｂ）は、指紋の端点の一例を示す。指紋センサ１３２で取り込まれた指紋画像について、例えば指紋の分岐点が抽出される。図１０（Ａ）、（Ｂ）では、指紋画像は、指紋の凸部である稜線の形態を表している。ここで指紋の分岐点は、指紋の稜線が２以上の稜線に分岐する部分である。また指紋の端点は、指紋の稜線が終端する部分である。
【００７２】
指紋の形態が同一となることがないため、その分岐点又は端点の分布も個人によって異なる。したがって、指紋画像の分岐点又は端点を求めることができれば、求めた分岐点又は端点の分布のみを比較すればよいので、比較すべき情報量が少なくなり比較処理の負荷を軽減することができる。
【００７３】
１．３ 動作フロー
次に、上述した指紋センサを用いた入力装置１２０の処理について説明する。以下では、ユーザの各指に対し、各指の指紋画像の特徴点情報をパラメータ種別に割り当てる場合について説明する。この場合、ユーザは、制御指示を行いたい方向に割り当てた指を指紋センサ上で所定の方向に移動させることにより、制御情報（操作情報）を出力させることができる。
【００７４】
図１１に、登録情報の登録内容の一例を示す。まず、ユーザ（第１のユーザ）の人差し指（第１の指）の指紋画像の特徴点情報（第１の特徴点情報。図２では第１の登録情報）が、パラメータ種別Ｘ、Ｙ（図２では第１のパラメータ。第１のパラメータ種別）に割り当てて登録されている。パラメータ種別Ｘ、Ｙは、図３に示すセンサ面上で規定される互いに垂直な２軸（第１及び第２の軸）方向のパラメータである。したがって、自分の人差し指の指紋画像を登録したユーザは、その人差し指を、図４、図６〜図９に示す構成の指紋センサのセンサ面に押し当て、所定の方向に移動させることで、その移動量に応じてＸ軸方向又はＹ軸方向の制御情報を生成させることができる。またその一方で、人差し指の指紋画像を登録した本人以外は、その制御情報を生成させることができないことを意味する。これにより、上述した指紋センサを用いた本実施形態における入力装置が適用された情報装置の機密保持性を向上させることができるようになる。
【００７５】
同様にして、ユーザ（第１のユーザ）の中指（第２の指）の指紋画像の特徴点情報（第２の特徴点情報。図２では第２の登録情報）が、パラメータ種別Ｚ、β（図２では第２のパラメータ。第２のパラメータ種別））に割り当てて登録されている。パラメータ種別Ｚは、図３に示すセンサ面に垂直な軸（第３の軸）方向のパラメータである。パラメータ種別βは、このＺ軸方向の軸回りの回転方向のパラメータである。したがって、自分の中指の指紋画像を登録したユーザは、その中指を、図４、図６〜図９に示す構成の指紋センサのセンサ面に押し当て、所定の方向に移動させることで、その移動量に応じてＺ軸方向又はＺ軸方向の軸回りの回転方向の制御情報を生成させることができる。またその一方で、中指の指紋画像を登録した本人以外は、その制御情報を生成させることができず、機密保持性の向上に貢献することができる。
【００７６】
同様に、薬指の指紋画像の特徴点情報（第３の特徴点情報。図２では第３の登録情報）が、パラメータ種別α、γ（図２では第３のパラメータ）に割り当てて登録されている。パラメータ種別αは、図３に示すセンサ面上のＸ軸方向の軸回りの回転方向のパラメータである。パラメータ種別γは、図３に示すセンサ面上のＹ軸方向の軸回りの回転方向のパラメータである。したがって、自分の薬指の指紋画像を登録したユーザは、その薬指を、図４、図６〜図９に示す構成の指紋センサのセンサ面に押し当て、所定の方向に移動させることで、その移動量に応じてＸ軸又はＹ軸方向の軸回りの回転方向の制御情報を生成させることができる。またその一方で、薬指の指紋画像を登録した本人以外は、その制御情報を生成させることができず、同様にして機密保持性の向上に貢献することができる。
【００７７】
このように入力装置では、図１１に示したように予め登録された登録情報を用いて、登録情報の登録者の認証を行い、認証されたときにのみ予め当該登録情報に関連付けられたパラメータ種別に対応した制御情報を出力する。したがって、指紋センサを用いた入力装置は、超小型化・超軽量化によりＩＣカード等の携帯型の情報装置に適用することが可能となる。さらに、指紋センサ上で指を移動させるだけで６軸方向の制御指示を行うことができるため、これまで以上に操作性を向上させることができる。その上、登録された本人以外では制御情報を生成させることができないため、入力装置が適用される情報装置の機密保持性を向上させることができる。
【００７８】
図１２に、本実施形態における入力装置の認証処理のフローの一例を示す。図１２に示す処理を実行するためのプログラムが、図５に示すＲＯＭ１２６又はＲＡＭ１２８に格納される。ＣＰＵ１２４は、このプログラムにしたがって処理を行う。
【００７９】
まずＣＰＵ１２４は、変数ｉ（ｉは自然数）を初期化する（ステップＳ４００）。
【００８０】
次に、ＣＰＵ１２４は、記録媒体例えば図５に示すＲＡＭ１２８に格納されている登録情報の中から第ｉの特徴点情報（広義には第ｉの登録情報）を読み出す（ステップＳ４０１）。
【００８１】
そして、ＣＰＵ１２４は、第ｉの特徴点情報を用いて、指紋センサ１３２により取り込まれた指紋画像との照合を行う（ステップＳ４０２）。このときＣＰＵ１２４は、取り込まれた指紋画像の特徴点を抽出し、抽出した指紋画像の特徴点と、第ｉの特徴点情報とを比較して、各特徴点の位置又はその分布が所与の誤差範囲内で一致するか否かを判別する。その結果、ＣＰＵ１２４は、取り込まれた指紋画像が第ｉの特徴点情報の登録者のものであると判断したとき（ステップＳ４０２：Ｙ）、登録者と認定し（ステップＳ４０３）、その旨を表示するなどして、一連の認証処理を終了する（エンド）。
【００８２】
一方、ステップＳ４０２において、ＣＰＵ１２４は、取り込まれた指紋画像が第ｉの特徴点情報の登録者のものではないと判断したとき（ステップＳ４０２：Ｎ）、さらに認証処理を続行するために、次の特徴点情報があるか否かを判別する（ステップＳ４０４）。
【００８３】
次の特徴点情報がないと判別されたとき（ステップＳ４０４：Ｙ）、非登録者と認定し（ステップＳ４０５）、その旨を表示するなどして、一連の認証処理を終了する（エンド）。この場合、制御情報が生成されないため、登録者以外の者が制御指示を行うことができない。
【００８４】
ステップＳ４０４において、次の特徴点情報があると判別されたとき（ステップＳ４０４：Ｎ）、変数ｉをインクリメントし（ステップＳ４０６）、ステップＳ４０１に戻って、第ｉの特徴点情報の読み出しを行う。
【００８５】
以上のように、取り込まれた指紋画像に対し、登録情報の検索を行い、登録者のものと認定されたときのみ、制御情報を出力させる。
【００８６】
また、本実施形態における入力装置では、このような登録者本人のものであるかについての認証結果を受けて、以下に示す処理を行って制御情報を出力する。
【００８７】
図１３及び図１４に、本実施形態における入力装置の制御情報の生成フローの一例を示す。図１３及び図１４に示す処理を実行するためのプログラムが、ＲＯＭ１２６又はＲＡＭ１２８に格納される。ＣＰＵ１２４は、このプログラムにしたがって処理を行う。
【００８８】
まず入力装置では、登録モードへの移行指示があったか否かを判別する（ステップＳ４５０）。
【００８９】
例えばユーザから登録モードへの移行指示があったとき（ステップＳ４５０：Ｙ）、入力装置は登録モードへ移行する（ステップＳ４５１）。登録モードは、図１１に示すように、パラメータ種別に対応して登録情報の登録処理を行うモードである。
【００９０】
図１５に、登録モードにおける登録処理の一例を示す。この場合も、図１５に示す処理を実行するためのプログラムが、図５に示すＲＯＭ１２６又はＲＡＭ１２８に格納される。ＣＰＵ１２４は、このプログラムにしたがって処理を行う。
【００９１】
登録モードにおいては、取り込み対象のユーザの指の指紋の登録処理が行われる。この登録処理において、登録された指紋の画像の特徴点が抽出され、図１１に示すような特徴点情報が登録情報としてパラメータ種別に対応して登録される。
【００９２】
入力装置では、最初に出力パラメータごとに画像登録が行われる。ここでは、例えばＸ、Ｙ用に人差し指の指紋、β、Ｚ用に中指の指紋、α、γ用に薬指の指紋により制御情報を生成する場合を例に説明する。
【００９３】
まず、入力装置では、出力パラメータをＸ、Ｙとする画像登録が行われる。そこで、入力装置では、例えばユーザの人差し指の指紋の登録を行う（ステップＳ４８０）。ユーザが人差し指を指紋センサ１３２のセンサ面（検出面）に押し当てると、センサ面に接触する指紋の画像が取り込まれる。ＣＰＵ１２４は、指紋センサＩ／Ｆ回路１３０を介して指紋センサ１３２により指紋画像を取り込み、当該指紋画像の特徴点を抽出する。そしてＣＰＵ１２４は、抽出した特徴点の位置情報又はその位置の分布についての特徴点情報を登録情報として、パラメータ種別Ｘ、Ｙに対応して登録情報記憶部４０として機能するＲＡＭ１２８に登録する。
【００９４】
次に、入力装置では、出力パラメータをβ、Ｚとする画像登録が行われる。そこで、入力装置では、例えばユーザの中指の指紋の登録を行う（ステップＳ４８１）。ユーザが中指を指紋センサ１３２のセンサ面に押し当てると、センサ面に接触する指紋の画像が取り込まれる。ＣＰＵ１２４は、指紋センサＩ／Ｆ回路１３０を介して指紋センサ１３２により指紋画像を取り込み、当該指紋画像の特徴点を抽出する。そしてＣＰＵ１２４は、抽出した特徴点の位置又はその位置の分布についての特徴点情報を登録情報として、パラメータ種別Ｚ、βに対応してＲＡＭ１２８に登録する。
【００９５】
そして、入力装置では、出力パラメータをα、γとする画像登録が行われる。そこで、入力装置では、例えばユーザの中指の指紋の登録を行う（ステップＳ４８２）。ユーザが薬指を指紋センサ１３２のセンサ面に押し当てると、センサ面に接触する指紋の画像が取り込まれる。ＣＰＵ１２４は、指紋センサＩ／Ｆ回路１３０を介して指紋センサ１３２により指紋画像を取り込み、当該指紋画像の特徴点を抽出する。そしてＣＰＵ１２４は、抽出した特徴点の位置又はその位置の分布についての特徴点情報を登録情報として、パラメータ種別α、γに対応してＲＡＭ１２８に登録する。
【００９６】
その後、登録処理を終了する（エンド）。
【００９７】
図１５では人差し指、中指、薬指の順に指紋の登録が行われるが、ユーザの指示により、いずれか１つの指、若しくは４つ以上の指の指紋の登録が行われるようにしても良い。また、その登録順序を任意に変更できるようにすることも可能である。さらに、指紋の登録を行うたびに、割り当てるパラメータ種別を指定できるようにすることも可能である。また登録された情報はＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性の記録媒体に格納することができる。またインタフェース回路１３０を介し、外部の記録媒体に格納しても良い。
【００９８】
図１３に戻って説明を続ける。ステップＳ４５０において、登録モードへの移行指示がないとき（ステップＳ４５１）、図１２に示す認証処理で登録者と認証されたことを条件に、センサ上に人差し指があるか否かを検出する（ステップＳ４５２）。すなわち、登録者と認証された人差し指がセンサ上にあるか否かを検出する。例えばＣＰＵ１２４は、指紋センサにより取り込まれた指紋画像の特徴点を抽出し、図１２に示す認証処理において第１の特徴点情報との間で所与の誤差範囲内で一致したとき、第１の特徴点情報に対応した人差し指がセンサ上にあると判別することができる。
【００９９】
その結果ＣＰＵ１２４が、登録者の人差し指がセンサ上にあると判別したとき（ステップＳ４５２：Ｙ）、その人差し指が左右（Ｘ軸）方向に移動したか否かを判別する（ステップＳ４５３）。その際、ＣＰＵ１２４は、例えば指紋センサの検出エリア内の基準位置に対し、取り込まれた人差し指の指紋画像の指紋センサの検出エリア内の位置がＸ軸方向にずれた距離を検出する。
【０１００】
図１６に、指紋センサの検出エリア内で指紋画像の位置を特定する手法を説明するための図である。指紋センサ１３２により、検出エリア５００内でＸ軸及びＹ軸方向で走査されて、図１６に示す位置において指紋画像５３０が取り込まれたものとする。ここで指紋画像５３０の輪郭のＸ軸方向の最大値及び最小値をＸＥ、ＸＳ、Ｙ軸方向の最大値及び最小値をＹＥ、ＹＳとする。図１３に示すＸ軸方向の移動を検出するための指紋画像の検出エリア５００内での位置（Ｘ，Ｙ）は、例えば（ＸＳ，ＹＳ）や、（ＸＥ，ＹＥ）や、（（ＸＳ＋ＸＥ）／２，（ＹＳ＋ＹＥ）／２）とすることができる。いずれの方法によっても、取り込まれた指紋画像のＸ軸及びＹ軸方向の位置を特定することができる。
【０１０１】
したがって、検出エリア５００内での基準位置に対して、このようにして特定された指紋画像のＸ軸及びＹ軸方向の位置とのずれを比較することで、その移動量を求めることが可能となる。
【０１０２】
また、ステップＳ４５３において、人差し指が左右方向の移動については、ＣＰＵ１２４が、周期的に指紋センサで取り込まれる人差し指の指紋画像の特徴点を、２つのフレームの指紋画像同士で比較し、対応する特徴点がＸ軸方向にずれた距離を検出することで求めることも可能である。
【０１０３】
図１７に、指紋画像の特徴点を用いた移動検出原理を説明するための図を示す。フレームｆにおいて取り込まれた人差し指の指紋画像から抽出された特徴点Ｐｒ、Ｑｒ、Ｒｒが、フレーム（ｆ＋ｎ）（ｎは自然数）において取り込まれた人差し指の指紋画像の特徴点Ｐ、Ｑ、Ｒの位置に移動したものとする。ＣＰＵ１２４では、３以上の抽出された特徴点のうち少なくとも特徴点Ｐｆ、Ｑｆ、Ｒｆの３点が、それぞれ対応する特徴点Ｐｆ＋１、Ｑｆ＋１、Ｒｆ＋１に一致するようにＸ軸方向及びＹ軸方向の移動させて、そのずれをΔＸ、ΔＹとして検出することができる。
【０１０４】
このようにしてセンサ上を人差し指が左右方向に移動したと判別されたとき（ステップＳ４５３：Ｙ）、ＣＰＵ１２４は、人差し指の登録情報に関連付けられて記憶されたパラメータ種別Ｘ、Ｙのうち、検出されたＸ軸方向の移動に対応したパラメータ種別Ｘに対応して、その検出された移動量に応じた制御情報ΔＸを出力する（又は生成する）（ステップＳ４５４）。
【０１０５】
ステップＳ４５３において、センサ上を人差し指が左右方向に移動していないと判別されたとき（ステップＳ４５３：Ｎ）、又はステップＳ４５４で制御情報ΔＸが出力されると、続いてＣＰＵ１２４は、その人差し指が上下（Ｙ軸）方向に移動したか否かを判別する（ステップＳ４５５）。
【０１０６】
センサ上を人差し指が上下方向に移動したと判別されたとき（ステップＳ４５５：Ｙ）、ＣＰＵ１２４は、人差し指の登録情報に関連付けられて記憶されたパラメータ種別Ｘ、Ｙのうち、検出されたＹ軸方向の移動に対応したパラメータ種別Ｙに対応して、その検出された移動量に応じた制御情報ΔＹを出力する（又は生成する）（ステップＳ４５６）。なお、Ｙ軸方向の移動の検出は、Ｘ軸方向と同様の原理で行うことができる。
【０１０７】
ステップＳ４５５において、センサ上を人差し指が上下方向に移動していないと判別されたとき（ステップＳ４５５：Ｎ）、又はステップＳ４５６で制御情報ΔＹが出力されると、ステップＳ４５０に戻る。
【０１０８】
図１３のステップＳ４５２において、ＣＰＵ１２４が、登録者の人差し指がセンサ上にないと判別したとき（ステップＳ４５２：Ｎ）、登録者と認証された中指がセンサ上にあるか否かを検出する（ステップＳ４５７）。例えばＣＰＵ１２４は、指紋センサにより取り込まれた指紋画像の特徴点を抽出し、図１２に示す認証処理において第２の特徴点情報との間で所与の誤差範囲内で一致したとき、第２の特徴点情報に対応した中指がセンサ上にあると判別することができる。
【０１０９】
その結果ＣＰＵ１２４が、登録者の中指がセンサ上にあると判別したとき（ステップＳ４５７：Ｙ）、その中指が左右（Ｘ軸）方向に移動したか否かを判別する（ステップＳ４５８）。その際、ＣＰＵ１２４は、ステップＳ４５３と同様に、Ｘ軸方向の移動を検出することができる。
【０１１０】
センサ上を中指が左右方向に移動したと判別されたとき（ステップＳ４５８：Ｙ）、ＣＰＵ１２４は、中指の登録情報に関連付けられて記憶されたパラメータ種別Ｚ、βのうち、検出されたＸ軸方向の移動に対応したパラメータ種別βに対応して、その検出された移動量に応じた制御情報βを出力する（又は生成する）（ステップＳ４５９）。
【０１１１】
ステップＳ４５８において、センサ上を中指が左右方向に移動していないと判別されたとき（ステップＳ４５８：Ｎ）、又はステップＳ４５９で制御情報βが出力されると、続いてＣＰＵ１２４は、その中指が上下（Ｙ軸）方向に移動したか否かを判別する（ステップＳ４６０）。
【０１１２】
センサ上を中指が上下方向に移動したと判別されたとき（ステップＳ４６０：Ｙ）、ＣＰＵ１２４は、中指の登録情報に関連付けられて記憶されたパラメータ種別Ｚ、βのうち、検出されたＹ軸方向の移動に対応したパラメータ種別Ｚに対応して、その検出された移動量に応じた制御情報ΔＺを出力する（又は生成する）（ステップＳ４６１）。なお、Ｙ軸方向の移動の検出は、Ｘ軸方向と同様の原理で行うことができる。
【０１１３】
ステップＳ４６０において、センサ上を中指が上下方向に移動していないと判別されたとき（ステップＳ４６０：Ｎ）、又はステップＳ４６１で制御情報ΔＺが出力されると、ステップＳ４５０に戻る。
【０１１４】
一方、ステップＳ４５７において、ＣＰＵ１２４が、登録者の薬指がセンサ上にないと判別したとき（ステップＳ４５７：Ｎ）、登録者と認証された薬指がセンサ上にあるか否かを検出する（ステップＳ４６２）。例えばＣＰＵ１２４は、指紋センサにより取り込まれた指紋画像の特徴点を抽出し、図１２に示す認証処理において第３の特徴点情報との間で所与の誤差範囲内で一致したとき、第３の特徴点情報に対応した薬指がセンサ上にあると判別することができる。
【０１１５】
その結果ＣＰＵ１２４が、登録者の薬指がセンサ上にあると判別したとき（ステップＳ４６２：Ｙ）、その薬指が左右（Ｘ軸）方向に移動したか否かを判別する（ステップＳ４６３）。その際、ＣＰＵ１２４は、ステップＳ４５３と同様に、Ｘ軸方向の移動を検出することができる。
【０１１６】
センサ上を薬指が左右方向に移動したと判別されたとき（ステップＳ４６５：Ｙ）、ＣＰＵ１２４は、薬指の登録情報に関連付けられて記憶されたパラメータ種別α、γのうち、検出されたＸ軸方向の移動に対応したパラメータ種別γに対応して、その検出された移動量に応じた制御情報γを出力する（又は生成する）（ステップＳ４６４）。
【０１１７】
ステップＳ４６３において、センサ上を薬指が左右方向に移動していないと判別されたとき（ステップＳ４６３：Ｎ）、又はステップＳ４６４で制御情報γが出力されると、続いてＣＰＵ１２４は、その薬指が上下（Ｙ軸）方向に移動したか否かを判別する（ステップＳ４６５）。
【０１１８】
センサ上を薬指が上下方向に移動したと判別されたとき（ステップＳ４６５：Ｙ）、ＣＰＵ１２４は、薬指の登録情報に関連付けられて記憶されたパラメータ種別α、γのうち、検出されたＹ軸方向の移動に対応したパラメータ種別αに対応して、その検出された移動量に応じた制御情報αを出力する（又は生成する）（ステップＳ４６６）。なお、Ｙ軸方向の移動の検出は、Ｘ軸方向と同様の原理で行うことができる。
【０１１９】
ステップＳ４６５において、センサ上を薬指が上下方向に移動していないと判別されたとき（ステップＳ４６５：Ｎ）、又はステップＳ４６６で制御情報αが出力されると、ステップＳ４５０に戻る。
【０１２０】
またステップＳ４６２において、ＣＰＵ１２４が登録者の薬指がセンサ上にないと判別したとき（ステップＳ４６２：Ｎ）、終了する場合には（ステップＳ４６７：Ｙ）、一連の処理を終了する（エンド）が、ステップＳ４６７で終了しない場合には（ステップＳ４６７：Ｎ）、ステップＳ４５０に戻る。
【０１２１】
以上のようにして、登録情報（特徴点情報）に基づいて登録者と認証された指紋画像を用いて、該指紋画像の移動に応じて当該登録情報に関連付けられたパラメータ種別に対応した制御情報を出力する。
【０１２２】
なお上述の実施形態では、画像の特徴点を用いて、画像の移動を検出する場合について説明したが、これに限定されるものではない。画像の重心位置により画像の移動を検出することも可能である。
【０１２３】
図１８に、指紋画像の重心位置について説明する図を示す。ここでは、図６〜図９に示す構成の指紋センサを用いている。検出エリア５００内の指紋画像５３０が取り込まれる際、指紋センサ１３２では、Ｘ軸方向については、指紋の山又は谷の検出が開始される出力線Ｏ１と、指紋の山又は谷が検出されなくなる出力線Ｏ２とにより、指紋の山又は谷が検出される出力線の数Ｏｃを特定することができる。Ｙ軸方向については、同様に、指紋の山又は谷の検出が開始される電源線Ｄ１と、指紋の山又は谷が検出されなくなる電源線Ｄ２とにより、検出される電源線の数Ｄｃを特定することができる。したがって、出力線の数Ｏｃと電源線の数Ｄｃとにより、指紋画像５３０の面積と等価的な値を求めることができる。そこで、電源線Ｄ１と電源線Ｄ２との間のほぼ中間地点に位置する電源線Ｄ３を特定し、かつ出力線Ｏ１と出力線Ｏ２との間のほぼ中間地点に位置する出力線Ｏ３を特定することで、指紋画像５３０の重心位置Ｐｇをより少ない処理負荷で求めることができる。
【０１２４】
ところで、上述の実施形態では、同一ユーザについて、各指ごとに予め指紋画像の特徴点情報をパラメータ種別に割り当てる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば以下に示す登録情報のように、相異なる複数のユーザについて、それぞれ１又は複数の指紋画像についての登録情報をパラメータ種別に割り当てるようにしてもよい。この場合、ユーザごとに、予め登録されたパラメータ種別に対応した制御方向の制御情報のみを生成することができるので、複数のユーザが使用する情報装置に適用される場合であっても、機密性を維持する入力装置を提供することができる。
【０１２５】
図１９に、登録情報の登録内容の他の例を示す。すなわち、ユーザＡ（第１のユーザ）の人差し指（第１の指）の指紋画像の特徴点情報が、パラメータ種別Ｘ、Ｙ（第１のパラメータ種別）に割り当てて登録されている。したがって、ユーザＡは、自分の人差し指を、図４、図６〜図９に示す構成の指紋センサのセンサ面に押し当て、所定の方向に移動させることで、その移動量に応じてＸ軸方向又はＹ軸方向の制御情報を生成させることができる。またその一方で、ユーザＡ以外の他のユーザは、その制御情報を生成させることができないことを意味する。
【０１２６】
同様にして、ユーザＡとは別人のユーザＢ（第２のユーザ）の中指（第３の指）の指紋画像の特徴点情報が、パラメータ種別Ｚ、β（第３のパラメータ種別）に割り当てて登録されている。したがって、ユーザＢは、その中指を、図４、図６〜図９に示す構成の指紋センサのセンサ面に押し当て、所定の方向に移動させることで、その移動量に応じてＺ軸方向又はＺ軸方向の軸回りの回転方向の制御情報を生成させることができる。またその一方で、ユーザＡ等のユーザＢ以外のユーザは、その制御情報を生成させることができず、機密保持性の向上に貢献することができる。
【０１２７】
またユーザＣの薬指の指紋画像の特徴点情報が、パラメータ種別α、γに割り当てて登録されている。したがって、ユーザＣは、その薬指を、図４、図６〜図９に示す構成の指紋センサのセンサ面に押し当て、所定の方向に移動させることで、その移動量に応じてＸ軸又はＹ軸方向の軸回りの回転方向の制御情報を生成させることができる。
【０１２８】
このように複数のユーザは、それぞれ各自で登録された指以外では制御情報を生成させることができず、機密保持性の向上に貢献することができる。
【０１２９】
なお、図１９に示すように、複数のユーザがそれぞれ、複数の指を登録することができる。また指ごとにパラメータ種別を異ならせて登録することもできる。
【０１３０】
また、図１３及び図１４において、各指を左右方向又は上下方向に移動させたときに生成される制御情報の種類を固定的にしていたが、これに限定されるものではない。生成される制御情報の種類をユーザが指定可能に構成するようにしてもよい。この場合、例えば図１３においてセンサ上の人差し指を左右方向に移動させたときに制御情報ΔＹが生成され、上下方向に移動させたときに制御情報ΔＸが生成されることができる。また、生成される制御情報の種類も、図１１又は図１９に示す登録情報に関連付けて指定できるようにすることも可能である。
【０１３１】
２． 情報装置
図２０に、本実施形態における入力装置が適用されるＩＣカードの構成ブロック図の一例を示す。ＩＣカード６００は、上述した指紋センサを用いた入力装置６１０と、画像生成部（広義には所定の制御対象の制御処理を行う処理部）６２０と、表示部６３０とを含む。入力装置６１０は、図１又は図５で説明した入力装置である。画像生成部６２０は、ＣＰＵ、及びＲＯＭ又はＲＡＭに格納されたソフトウェアプログラムにより実現される。表示部６３０は、ＬＣＤパネル及びその駆動回路により実現される。
【０１３２】
ここで画像生成部６２０は、入力装置６１０から出力された制御情報に基づいて画像データを生成する（広義には制御処理を行う）。より具体的には、入力装置６１０により６軸方向の移動指示に対応して変化する画像の画像データを生成する。表示部６３０は、画像生成部６２０で生成された画像データに基づいて画像表示を行う。
【０１３３】
このような構成のＩＣカード６００では、ユーザが入力装置６００に指の指紋画像を６軸方向に移動させて、移動指示を行うことで、表示部６３０に表示されるポインタを移動させたり、表示部６３０の画像をスクロールさせたりすることができるようになる。
【０１３４】
なおここでは、情報装置としてＩＣカードを例に説明したが、ＰＤＡ、携帯電話、３次元ＣＡＤ装置、仮想現実体験装置又は電子楽器等に本実施形態に係る入力装置を適用することができる。
【０１３５】
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
【０１３６】
例えば本実施形態では、指紋センサを用いた入力装置について説明したが、これに限定されるものではなく、指紋以外の２次元又は３次元の物体の画像を取り込んで同様に制御情報を出力させることができる。また検出面を有さない入力装置についても同様に適用することができる。
【０１３７】
また、本発明のうち従属請求項に係る発明においては、従属先の請求項の構成要件の一部を省略する構成とすることもできる。また、本発明の１の独立請求項に係る発明の要部を、他の独立請求項に従属させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施形態における入力装置の構成ブロック図。
【図２】 本実施形態における登録情報の概要を示す図。
【図３】 ６軸方向の制御情報の説明図。
【図４】 指紋センサを用いた入力装置の概要を示す外観構成図。
【図５】 入力装置のハードウェア構成例を示すブロック図。
【図６】 指紋センサの一例を示す回路構成図。
【図７】 静電容量検出素子の断面図。
【図８】 指紋の山が接触する場合の静電容量検出素子の等価回路図。
【図９】 指紋の谷が対向する場合の静電容量検出素子の等価回路図。
【図１０】 図１０（Ａ）、（Ｂ）は指紋の特徴点の一例を示す説明図。
【図１１】 本実施形態における登録情報の内容の一例を示す図。
【図１２】 入力装置の認証処理の一例を示すフロー図。
【図１３】 入力装置の処理フローの一例の前半を示すフロー図。
【図１４】 入力装置の処理フローの一例の後半を示すフロー図。
【図１５】 入力装置の登録処理の一例を示すフロー図。
【図１６】 指紋センサの検出エリア内で指紋画像の位置を特定する手法を説明するための図。
【図１７】 指紋画像の特徴点を用いた移動検出原理を説明するための図。
【図１８】 指紋画像の重心位置について説明する図。
【図１９】 本実施形態における登録情報の内容の他の例を示す図。
【図２０】 ＩＣカードの構成例を示すブロック図。
【符号の説明】
１０ 入力装置、 ２０ 画像取込部、 ２２ 検出面、 ３０ 画像照合部、３２ 取込画像解析部、 ４０ 登録情報記憶部、 ５０ 登録部、 ５２ 登録画像解析部、 ６０ 移動検出部、 ７０ 制御情報出力部、 １００ ＩＣカード、 １０２ 指、 １２２ バス、 １２４ ＣＰＵ、 １２６ ＲＯＭ、 １２８ ＲＡＭ、 １３０ 指紋センサＩ／Ｆ回路、 １３２ 指紋センサ、 １３４ ＵＳＢＩ／Ｆ回路、 １４０ パソコン
Claims (10)
- パラメータの種別に対応して、ユーザ毎に複数の登録情報を記憶する登録情報記憶部と、
被検出物の画像を取り込む画像取込部と、
前記画像取込部により取り込まれた前記被検出物の画像と、前記登録情報記憶部に記憶された複数の登録情報とを照合する画像照合部と、
前記画像照合部により照合された結果、前記被検出物の画像に対応する１つの登録情報が存在すると判断された場合に、前記被検出物の画像を用いて前記被検出物の移動を検出する移動検出部と、
前記移動検出部の検出結果に基づいて、前記被検出物の画像に対応する１つの登録情報に関連付けられたパラメータの種別に対応した制御情報を出力する制御情報出力部と、
を含み、
前記画像取込部は、検出面を有し、該検出面に接する被検出物の画像を取り込み、
前記パラメータの種別は、前記検出面上の互いに直交する第１及び第２の軸方向、前記検出面と垂直な第３の軸方向、及び前記第１乃至３の軸方向の軸回りの回転方向のうち、少なくとも１つの方向に割り当てられ、
各登録情報に関連付けられたパラメータの種別は、互いに異なることを特徴とする入力装置。 - 請求項１において、
前記登録情報は、
画像の特徴点であることを特徴とする入力装置。 - 請求項２において、
前記特徴点は、
前記画像取込部により取り込まれた前記被検出物の画像から抽出されたものであることを特徴とする入力装置。 - 請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記移動検出部は、
前記画像の特徴点を用いて前記被検出物の移動を検出することを特徴とする入力装置。 - 請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記移動検出部は、
前記画像の重心位置を用いて前記被検出物の移動を検出し、
前記重心位置は、
前記画像取込部により取り込まれた前記被検出物の画像から求められたものであることを特徴とする入力装置。 - 請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記パラメータの種別ごとに、前記登録情報を登録する登録部を含むことを特徴とする入力装置。 - 請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記被検出物の画像は、
指紋画像であることを特徴とする入力装置。 - 請求項１乃至７のいずれか記載の入力装置と、
前記入力装置からの制御情報に基づいて制御処理を行う処理部と、
を含むことを特徴とする情報装置。 - 取り込んだ検出面に接する被検出物の画像を用いて制御情報を生成する制御情報生成方法であって、
前記被検出物の画像を用いて、パラメータの種別に対応して、ユーザ毎に記憶された複数の登録情報の中から該画像に対応する１つの登録情報を検索すること、
前記被検出物の画像に対応する１つの登録情報が存在すると判断された場合に、前記被検出物の画像を用いて前記被検出物の移動を検出すること、および
前記被検出物の移動の検出結果に基づいて、前記被検出物の画像に対応する１つの登録情報に関連付けられたパラメータの種別に対応した制御情報を生成すること、
を含み、
前記パラメータの種別は、前記検出面上の互いに直交する第１及び第２の軸方向、前記検出面と垂直な第３の軸方向、及び前記第１乃至３の軸方向の軸回りの回転方向のうち、少なくとも１つの方向に割り当てられ、
各登録情報に関連付けられたパラメータの種別は、互いに異なることを特徴とする制御情報生成方法。 - 請求項９において、
前記被検出物の画像は、
指紋画像であることを特徴とする制御情報生成方法。
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