JP4379939B2

JP4379939B2 - 指紋画像取得装置及び指紋照合装置

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Publication number: JP4379939B2
Application number: JP01882199A
Authority: JP
Inventors: 善弘塚村; 重久丸山; 武彦中山
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-01-27
Filing date: 1999-01-27
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2019-01-27
Also published as: JP2000222555A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、指紋画像取得装置及び指紋照合装置に関し、特に皮膚の凹凸に応じて変化する静電容量に基づいて指紋の画像を取得する場合に適用することができる。本発明は、人体に蓄積された電荷を放電させる放電機構を有する操作子の操作に応動して動作を開始することにより、指紋画像を取得する素子の静電破壊を有効に回避することができるようにする。
【０００２】
【従来の技術】
従来、指紋照合装置においては、所定の指載置位置に配置した指より指紋の画像（以下、指紋画像と呼ぶ）を取得して指紋照合するようになされている。すなわち図７は、この種の指紋照合装置を示す斜視図であり、図８は、図７をＡ−Ａ線により切り取って示す断面図である。この指紋照合装置１は、指載置位置に載置された指より指紋画像を取得して事前に登録された指紋画像と比較することにより、この指紋画像を指紋照合し、照合結果をパーソナルコンピュータ等に出力する。
【０００３】
ここで指紋照合装置１は、直角プリズム２の斜面が指載置位置に設定され、この斜面を間に挟む直交する２つの面に、それぞれ光源３及び撮像手段４が配置される。ここで光源３は、発光ダイオード等により構成され、直角プリズム２の斜面を照明するように照明光を出射し、撮像手段４は、この斜面で全反射された照明光を受光する。なお撮像手段４は、この斜面により反射された照明光を集光するレンズ４Ａ、４Ｂ、絞り４Ｃ、ＣＣＤ固体撮像素子４Ｄ等により構成される。
【０００４】
このように光学系を構成した場合、直角プリズム２の斜面においては、皮膚が接触していない部分では照明光が全反射するのに対し、皮膚が接触している部分では照明光の全反射が害される。これにより撮像手段４は、指紋の凹凸に対応する明暗の画像（すなわち指紋画像である）が直角プリズム２の斜面に形成され、撮像手段４においては、この明暗の画像をＣＣＤ撮像素子４Ｄより撮像して指紋画像を繰り返し取得する。
【０００５】
指紋照合装置１においては、このＣＣＤ固体撮像素子４Ｄの出力信号を信号処理基板５に入力し、ここで指紋照合の処理を実行する。ここでこの信号処理基板５においては、ＣＣＤ固体撮像素子４Ｄの出力信号であるビデオ信号をアナログディジタル変換処理して画像データを生成するアナログディジタル変換回路、この画像データを一時記憶し、また登録された指紋画像を保持するメモリ、外部機器であるパーソナルコンピュータとの間のインターフェース、全体の動作を制御する中央処理ユニット等が配置される。
【０００６】
信号処理基板５においては、メモリに登録された指紋画像と、撮像手段４より得られる指紋画像とを順次比較することにより、撮像手段より取得された指紋画像が事前に登録された人のものか否かを判定し、この判定結果を指紋照合結果としてパーソナルコンピュータ等に出力する。
【０００７】
信号処理基板５においては、このようにして指紋照合する際に、指が確実に載置されていない場合も考えられることにより、所定の品質判定部により指紋画像の品質を判定し、この判定結果に基づいて指紋照合に供する指紋画像を選択することにより指紋照合の精度を向上するようになされている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところでこの種の指紋画像を取得するための素子として、静電容量方式の指紋センサが提案されている。すなわちこの指紋センサは、微小な電極を２次元的に配置して各電極に誘起される電荷をラスタ走査の順序で検出するように構成される。これによりこの指紋センサは、２次元的な微小電極の配置に指を近接して保持することにより、皮膚の凹凸に応じて変化する静電容量に基づいて指紋の画像を取得することができる。
【０００９】
このような指紋センサを適用して指紋照合装置を構成すれば、その分、指紋照合装置にあっては、全体構成を簡略化でき、また形状を小型化できると考えられる。
【００１０】
ところがこの指紋センサにおいては、微小電極に誘起される電荷を検出する半導体素子であり、また人体にあっては、静電気により極めて高い電圧に帯電する場合があることにより、指紋照合装置に指紋センサを適用すると指紋センサが静電破壊する恐れがある。
【００１１】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、指紋画像を取得する素子の静電破壊を有効に回避することができる指紋画像取得装置及び指紋照合装置を提案しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため請求項１又は請求項４に係る発明においては、指紋画像取得装置又は指紋照合装置に適用して、所定の操作子の操作に応動して動作を開始し、この操作子が人体に蓄積された電荷を放電させる放電機構を有するようにする。
【００１３】
請求項１又は請求項４に係る構成によれば、所定の操作子の操作に応動して動作を開始し、この操作子が人体に蓄積された電荷を放電させる放電機構を有することにより、指紋の画像を取得する際には、必ずこの操作子の操作により人体に蓄積された電荷が放電されることになり、これにより指紋画像を取得する指紋画像取得手段の静電破壊を有効に回避することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳述する。
【００１５】
（１）実施の形態の構成
図１は、本発明の実施の形態に係る指紋照合装置を示す平面図であり、図２は、その斜視図である。この指紋照合装置１１は、コネクタを介してパーソナルコンピュータ等の親機に接続され、この親機に指紋照合結果を通知する。これによりこの指紋照合装置１１は、例えばこの親機にログオンできるようになされ、また部屋の入室管理に適用して部屋の入室を管理できるようになされている。
【００１６】
指紋照合装置１１は、この薄板形状のケースに回路基板等を収納して形成される。指紋照合装置１１は、このケースの表面、下側に指載置位置が形成され、この指載置位置に静電容量型の指紋センサ１２が配置される。
【００１７】
ここで指紋センサ１２は、皮膚の凹凸に応じて変化する静電容量に基づいて指紋の画像を取得する半導体素子であり、図３に断面を取って示すように、半導体基板１２Ａ上に微小電極１２Ｂを２次元的に配置し、さらにこの微小電極１２Ｂの表面を保護膜１２Ｃにより覆って形成される。指紋センサ１２は、各微小電極１２Ｂに誘起される電荷をラスタ走査順に順次検出して出力する信号処理回路が半導体基板１２Ａ上に形成される。これにより指紋センサ１２は、保護膜１２Ｃに指を押し付けて、皮膚の凹凸に応じて信号レベルが変化する指紋画像を取得することができるようになされている。
【００１８】
なおこの実施の形態に係る指紋センサ１２は、微小電極が一辺５０〜１００〔μｍ〕の矩形形状に形成され、また数１０フレーム／秒により指紋画像を出力するようになされている。
【００１９】
さらに指紋照合装置１１は（図１及び図２）、指載置位置の奥側に、スタートスイッチ１３、ＯＫランプ１４、載置指示ランプ１５、ＮＧランプ１６が配置される。ここでＯＫランプ１４、載置指示ランプ１５、ＮＧランプ１６は、それぞれ発光ダイオードにより構成され、ＯＫランプ１４は、指紋照合処理において事前に登録された指紋と合致した場合に点灯して照合結果を表示するのに対し、ＮＧランプ１６は、指紋照合において登録された指紋と合致しない場合に点灯して照合結果を表示する。また載置指示ランプ１５は、指の載置を指示するランプであり、点灯している間、ユーザーに指の載置を指示する。
【００２０】
これに対してスタートスイッチ１３は、押圧操作子により構成され、押圧操作により所定の信号処理回路にトリガを与えて、この指紋照合装置１１の動作を立ち上げるようになされている。スタートスイッチ１３は、中央に、押圧操作する円柱形状のノブ１３Ａが配置され、このノブ１３Ａを囲むようにリング１３Ｂが配置される。
【００２１】
ここで図２において矢印Ａ及びＢによりそれぞれ押圧操作の前後の状態を側面図により示すように、スイッチ１３は、リング１３Ｂに指が接触するまでノブ１３Ａを押し込むとトリガを出力するように形成される。スイッチ１３は、このリング１３Ｂが導電性の部材により作成され、指紋照合装置１１のアースラインに接続されるようになされている。これによりスイッチ１３は、ノブ１３Ａとリング１３Ｂとにより、人体に蓄積された電荷を放電させる放電機構を構成するようになされている。
【００２２】
図４は、指紋照合装置１１を示すブロック図である。この指紋照合装置１１において、指紋データ入力部２１は、指紋センサ１２を有し、指載置位置より指紋照合に供する指紋画像の指紋データＤ１、登録に供する指紋照合に供する指紋画像の指紋データＤ２を取得する。
【００２３】
すなわち図５に示すように、指紋データ入力部２１においては、数１０フレーム／秒の速度により出力される指紋センサ１２の出力信号をアナログディジタル変換回路（Ａ／Ｄ）２１Ａによりアナログディジタル変換処理し、これにより多値のディジタル信号による指紋画像の画像データを生成する。
【００２４】
２値化回路２１Ｂは、この画像データを２値化して、２値のデータによる指紋データＤ１、Ｄ２を生成し、この指紋データＤ１、Ｄ２を８ピクセル単位で纏めて出力する。これにより指紋データ入力部２１は、指載置位置に載置された指より指紋画像を繰り返し取得して出力する。
【００２５】
品質判定回路２１Ｃは、アナログディジタル変換回路２１Ａより出力される多値の画像データより各フレーム単位で最大値及び最小値を検出することにより、指紋センサ１２より出力される出力信号の振幅値を検出する。さらに品質判定回路２１Ｃは、この振幅値が所定値以上になると、この場合指紋センサ１２で検出される指紋画像にあっては指紋照合に十分な品質であると考えられることにより、品質判定信号Ｓ１をシステム制御回路２５に出力する。
【００２６】
検査指紋メモリ２２は、システム制御回路２５の指示により（図４）、品質判定信号Ｓ１の出力をトリガにして、指紋データ入力部２１より繰り返し出力される指紋データＤ１又はＤ２を選択的に取り込んで一時保持する。これにより指紋照合装置１１では、繰り返し得られる指紋画像より指紋照合に十分な品質の指紋画像を選択的に取り込んで指紋照合に使用し、指紋照合の精度を向上するようになされている。
【００２７】
さらに検査指紋メモリ２２は、システム制御回路２５の指示により、指紋登録時にあっては、保持した指紋データＤ２を指紋データベース２３に出力するのに対し、指紋照合時にあっては、保持した指紋データＤ１を照合率検出部２４に出力する。
【００２８】
指紋データベース２３は、システム制御回路２５の制御により、指紋登録時、検査指紋メモリ２２に一時保持した指紋データＤ２を記録する。これにより指紋データベース２３は、この指紋照合装置１１が適用されるシステムにおいて指紋照合対象である個人の指紋データＤ２を登録できるようになされている。また指紋照合時、保持した指紋データＤ２を順次照合率検出部２４に出力する。
【００２９】
照合率検出部２４は、システム制御回路２５の指示により動作を開始し、指紋照合時、この指紋データベース２３に登録された各指紋データＤ２に対して、検査指紋メモリ２２に保持した指紋データＤ１を順次比較し、これら指紋データＤ２及びＤ１により構成される指紋画像間で一致の程度を示す照合率ＳＣを検出する。
【００３０】
インターフェース（Ｉ／Ｆ）２６は、システム制御回路２５の制御により親機との間で種々のデータを交換し、これにより指紋照合装置１１では、判定結果を親機に通知し、さらには指紋照合の判定条件等を種々に設定できるようになされている。
【００３１】
システム制御回路２５は、この指紋照合装置１１全体の動作を制御するマイクロコンピュータであり、スタートスイッチ１３のトリガにより、また親機の制御により動作を立ち上げる。ここでシステム制御回路２５は、一定期間、指紋照合の処理を実行しない場合、全体の動作モードを低消費電力モードに切り換え、起動に必要な回路ブロック以外への電源供給を停止するように、電源回路の動作を制御する。
【００３２】
これに対して親機より起動が指示されると、全体の動作モードを通常の動作モードに立ち上げ、この親機との間のデータ通信により指紋登録の処理手順を実行する。この処理によりシステム制御回路２５は、指載置位置に載置された指より指紋画像の指紋データＤ２を取得し、この指紋データＤ２を指紋データベース２３に登録する。
【００３３】
これに対してスタートスイッチ１３よりトリガが入力されると、図６に示す処理手順を実行し、これにより指紋照合の処理を実行する。すなわちシステム制御回路２５は、低消費電力モードにおいて、ステップＳＰ１からステップＳＰ２に移り、ここでスタートスイッチ１３よりトリガが入力されると、ステップＳＰ３に移る。ここでシステム制御回路２５は、電源回路の動作を制御して各回路ブロックを起動し、さらに指紋照合の開始を親機に通知する。
【００３４】
続いてシステム制御回路２５は、ステップＳＰ４に移り、載置指示ランプ１５を点灯し、これによりユーザーに指の載置を指示する。続いてシステム制御回路２５は、ステップＳＰ５に移り、品質判定回路２１Ｃより品質判定信号Ｓ１が出力されたか否か判断し、ここで否定結果が得られると、ステップＳＰ５を繰り返す。これに対してステップＳＰ５において肯定結果が得られると、システム制御回路２５は、ステップＳＰ６に移り、載置指示ランプ１５を消灯する。これによりシステム制御回路２５は、指紋照合に適した指紋画像が得られるまで載置指示ランプ１５を点灯してユーザーに指の載置を継続する旨通知する。また指の載置が不要となると、即座にユーザーに通知する。
【００３５】
このステップＳＰ６において、さらにシステム制御回路２５は、検査指紋メモリ２２に指紋データＤ１の格納を指示し、これにより指紋照合に適した品質の指紋画像を検査指紋メモリ２２に取り込み、また照合率検出部２４に照合率ＳＣの検出開始を指示する。
【００３６】
続いてシステム制御回路２５は、ステップＳＰ７に移り、照合率検出部２４より出力される照合率ＳＣが所定値以上か否か判断し、ここで１つでも所定値以上の照合率が検出されると、指紋データベース２３に登録されたユーザーと判断してステップＳＰ８に移り、ＯＫランプ１４を点灯するのに対し、所定値以上の照合率が１つも検出されない場合、ステップＳＰ９に移ってＮＧランプ１６を点灯する。
【００３７】
これによりシステム制御回路２５は、ユーザーに指紋照合結果を通知した後、ステップＳＰ１０に移り、指紋照合結果を親機に通知し、続くステップＳＰ１１でこの処理手順を終了する。
【００３８】
システム制御回路２５は、この図６に示す処理手順を実行した後、一定期間の間、親機、スタートスイッチ１３よりトリガが入力されない場合、全体の動作モードを低消費電力モードに切り換え、これにより電力消費を低減する。
【００３９】
なおシステム制御回路２５は、親機の起動により指紋データベースに指紋データＤ２を登録する場合にも、上述したスタートスイッチ１３をトリガにして動作を開始し、また載置指示ランプ１５を点灯、消灯するようになされている。
【００４０】
（２）実施の形態の動作
以上の構成において、指紋照合装置１１においては（図１及び図２）、例えばパーソナルコンピュータである親機に接続されて、この親機の操作に応動して低消費電力モードより動作を立ち上げ、指紋データＤ２を指紋データベース２３に登録する（図３及び図４）。
【００４１】
この指紋データＤ２の登録において、指紋照合装置１１は、スタートスイッチ１３の操作をトリガにして指紋センサ１２により指紋データＤ２の取得を開始する。
【００４２】
すなわち指紋照合装置１１においては、ノブ１３Ａを取り囲むようにリング１３Ｂが配置されてスタートスイッチ１３が構成され、リング１３Ｂに指が触れるまでノブ１３Ａを深く押圧するとスタートスイッチ１３よりトリガが出力され、これにより指紋データＤ２の取得が開始される。
【００４３】
指紋照合装置１１では、このスタートスイッチ１３のリング１３Ｂが導電性の部材により構成されてアースラインに接続されていることにより、指がリング１３Ｂに接触すると人体に帯電した電荷がこのリング１３Ｂを介して放電する。これにより指紋照合装置１１では、指載置位置に指を載置して指紋センサ１２により指紋画像を取得する際に、事前のスタートスイッチ１３の操作により、人体に蓄積した電荷が放電され、この人体に蓄積した電荷による指紋センサ１２の静電破壊が有効に回避される。
【００４４】
指紋照合装置１１では、このようにしてスタートスイッチ１３の操作により指紋画像の取得を開始すると、指紋センサ１２の出力信号がディジタル信号に変換された後、２値化されて指紋データＤ２が生成され、これにより指紋センサ１２より指紋画像が繰り返し取得されて、この繰り返し得られる指紋画像が検査指紋メモリ２２に出力される。
【００４５】
指紋照合装置１１では、このディジタル信号による指紋センサ１２の出力信号が品質判定回路２１Ｃに入力され、ここでこの出力信号の振幅値が所定値以上か否か判定されることにより、指紋照合に十分な品質の指紋画像か否か判定される。さらにこの判定結果に基づいたシステム制御回路２５の指示により、繰り返し入力される指紋画像が検査指紋メモリ２２に選択的に取り込まれる。これにより指紋照合装置１１では、指紋データベース２３に登録する指紋データＤ２について、十分な信頼性を確保するようになされている。
【００４６】
指紋照合装置１１では、このように指紋画像の取得を開始して十分な品質の指紋画像が検出されるまでの間、品質判定回路２１Ｃの判定結果に基づいてシステム制御回路２５により載置指示ランプ１５が点灯され、これによりユーザーに指の載置が指示され、また指を離して良いことがユーザーに通知される。これによりこの指紋照合装置１１を利用するユーザーにおいては、必要最小限度の短い時間だけ指載置位置に指を載置して、不完全な指紋データＤ２の登録、さらには指載置の繰り返し等を防止することができ、その分使い勝手を向上することができる。
【００４７】
かくして指紋登録時にあっては、このようにして検査指紋メモリ２２に取り込んだ指紋データＤ２が指紋データベース２３に登録されて動作を完了する。
【００４８】
これに対して指紋照合時にあっては、スタートスイッチ１３の操作により低消費電力モードから通常の動作モードに立ち上がり、指紋センサ１２により指紋画像の取得が開始される。この場合も指紋照合装置１１においては、スタートスイッチ１３の操作により人体に蓄積された電荷が事前に放電された状態で指載置位置に指が載置され、これにより指紋センサ１２の静電破壊が防止される。
【００４９】
また品質判定回路２１Ｃにより指紋画像の品質が判定され、この判定結果より繰り返し得られる指紋画像のうち、指紋照合に十分な品質の指紋画像が検査指紋メモリ２２に取り込まれて指紋照合に供され、これにより信頼性の高い指紋照合結果が得られる。
【００５０】
さらにこの品質判定回路２１Ｃの判定結果に基づいて、指紋画像の取得を開始して十分な品質による指紋画像が取得されるまでの間の、システム制御回路２５により載置指示ランプ１５が点灯され、これによりユーザーに指の載置が指示され、また指を離して良いことがユーザーに通知される。これによりこの指紋照合装置１１を利用するユーザーにおいては、必要最小限度の短い時間だけ指載置位置に指を載置して、正しい照合結果を得ることが可能となる。
【００５１】
指紋照合装置１１においては、このようにして検査指紋メモリ２２に取り込まれた指紋画像と、指紋データベース２３に登録された指紋画像との間で順次一致の程度を示す照合率ＳＣが検出され、この照合率ＳＣがシステム制御回路２５に通知される。指紋照合装置１１においては、この照合率ＳＣによりシステム制御回路２５において、指載置位置に指を載置したユーザーが指紋データベース２３に登録されたユーザーか否か判定され、この判定結果が親機に通知される。これにより例えば部屋の入室管理システムにあっては、部屋の入室許可等が親機より発行され、またログオンシステムにあっては、パーソナルコンピュータのログオンが開始される。
【００５２】
指紋照合装置１１においては、この親機へ判定結果を通知する際に、ＯＫランプ１４、ＮＧランプ１６の点灯により照合結果がユーザーに通知される。これによりユーザーにおいては、例えば入室管理システムにあっては、部屋のロックの解除の有無を確認することなく、またログオンシステムにあっては、パーソナルコンピュータのログオンの開始を確認することなく、迅速に照合結果を確認することができる。これによりユーザーにおいては、必要に応じて、指の汚れを拭き取って再びスタートスイッチ１３を操作して指紋照合を繰り返す等の対応策を迅速に実行でき、その分指紋照合装置１１にあっては、使い勝手を向上することができる。
【００５３】
かくしてこのようにして指紋照合の処理を実行した後、また指紋登録の処理を実行した後、一定時間、スタートスイッチ１３が操作されない場合、また親機より指示されない場合、指紋照合装置１１にあっては、低消費電力モードに動作を切り換え、スタートスイッチ１３の操作、親機からの指示を待機する。これにより指紋照合装置１１においては、指紋センサ１２の静電破壊を防止する構成に係るスタートスイッチ１３を有効に利用して、全体の消費電力を低減することができる。
【００５４】
（３）実施の形態の効果
以上の構成によれば、人体に蓄積した電荷を放電させる放電機構をスタートスイッチ１３に設け、このスタートスイッチ１３の操作により指紋画像の取り込みを開始するようにしたことにより、指紋センサ１２の静電破壊を有効に回避することができる。
【００５５】
またこのスタートスイッチ１３の操作により動作モードを立ち上げ、処理が終了して一定時間操作されない場合には、動作モードを低消費電力モードに切り換えることにより、その分消費電力を軽減することができる。
【００５６】
（４）他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、導電性のリング１３Ｂに指が触れるまでノブ１３Ａを押圧してトリガを出力するようにスイッチ１３を構成することにより、このスイッチ１３に放電機構を構成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばノブ自体を導電性の樹脂により作成し、このノブをアースラインに接続するようにして放電機構を構成する場合等、放電機構にあっては種々の構成を適用することができる。
【００５７】
また上述の実施の形態においては、本発明を指紋照合装置に適用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば指紋照合システムにおいて、指紋照合する部分と指紋画像を取得する部分とを別体に形成する場合にも広く適用することができる。
【００５８】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、人体に蓄積された電荷を放電させる放電機構を有する操作子の操作に応動して動作を開始することにより、指紋画像を取得する素子の静電破壊を有効に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る指紋照合装置を示す正面図である。
【図２】図１の指紋照合装置の斜視図である。
【図３】指紋センサを示す断面図である。
【図４】図１の指紋照合装置のブロック図である。
【図５】図１の指紋照合装置の指紋データ入力部を示すブロック図である。
【図６】図１の指紋照合装置のシステム制御回路の動作の説明に供するフローチャートである。
【図７】従来の指紋照合装置を示す斜視図である。
【図８】図７の指紋照合装置をＡ−Ａ線により切り取って示す断面図である。
【符号の説明】
１、１１……指紋照合装置、１２……指紋センサ、１３……スタートスイッチ、１４……ＯＫランプ、１５……載置指示ランプ、１６……ＮＧランプ、２５……システム制御回路、２１Ｃ……品質判定回路

Claims

皮膚の凹凸に応じて変化する静電容量に基づいて、指紋の画像を取得する指紋画像取得装置において、
所定の操作子の操作に応動して動作を開始し、
前記操作子が人体に蓄積された電荷を放電させる放電機構を有し、
所定期間、前記操作子が操作されない場合、動作を停止する
ことを特徴とする指紋画像取得装置。
皮膚の凹凸に応じて変化する静電容量に基づいて、指紋の画像を取得する指紋画像取得手段と、
前記指紋の画像を指紋照合して指紋照合結果を出力する照合手段とを備え、
所定の操作子の操作に応動して動作を開始し、
前記操作子が人体に蓄積された電荷を放電させる放電機構を有し、
所定期間、前記操作子が操作されない場合、動作を停止する
ことを特徴とする指紋照合装置。