JP4421739B2 - 指紋センサ、指紋照合装置および指紋照合方法 - Google Patents
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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、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指紋センサ、指紋照合装置および指紋照合方法に関し、特に、指紋画像の精度を向上させ、またヒーターによる消費電力を低減する指紋センサ、指紋照合装置および指紋照合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、指紋を用いて個人の認証をおこなう際には、光学的に入力指紋画像を取得して、これをあらかじめ登録した参照指紋画像と照合するのが一般的であったが、かかる光学的技術には、塵埃や汚れに脆弱であり、かつ、小型化するのが難しいという欠点がある。
【０００３】
このため、最近では、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供給熱量と比較して、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。
【０００４】
この従来技術では、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。
【０００５】
【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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
これらのことから、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いかに図るかが極めて重要な課題となっている。
【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、指紋画像の精度を向上させ、またヒーターによる消費電力を低減することができる指紋センサ、指紋照合装置および指紋照合方法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、本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、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指紋センサにおいて、前記複数の温度センサをアレイ状に配設した温度検出層と、前記温度検出層の各温度センサに対応する位置に複数のヒーターをアレイ状に配設したヒーター層とを絶縁膜を介して積層したことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る指紋照合装置は、指紋の谷部と山部の伝熱特性の差に基づいて検出した入力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、指紋照合をおこなう指紋照合装置において、複数の温度センサをアレイ状に配設した温度検出層並びに各温度センサに対応する位置に複数のヒーターをアレイ状に配設したヒーター層を絶縁膜を介して積層した指紋センサと、前記複数のヒーターを所定の時間駆動した後、前記複数の温度センサにより温度を検知するよう制御する制御手段と、前記複数の温度センサにより検知された温度信号に基づき形成される入力指紋画像を前記参照指紋画像と照合する指紋照合手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る指紋照合装置は、指紋の谷部と山部の伝熱特性の差に基づいて検出した入力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、指紋照合をおこなう指紋照合装置において、複数のヒーターから発した熱が前記指紋の山部に伝導する伝熱特性を利用して前記指紋の山部と谷部を検出する指紋センサと、前記指紋センサからの出力信号に基づいて形成される入力指紋画像の品質を判定する品質判定手段と、前記品質判定手段により前記入力指紋画像の品質が所定の品質よりも高いと判定されるまで、前記複数のヒーターの駆動時間を変化させつつ前記指紋センサによる指紋検知を繰り返すよう制御する制御手段と、前記指紋センサからの出力信号に基づいて形成される入力指紋画像を前記参照指紋画像と照合する指紋照合手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る指紋照合装置は、前記指紋センサは、複数の温度センサをアレイ状に配設するとともに各温度センサに対応する位置に複数のヒーターをアレイ状に配設して形成されたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る指紋照合装置は、前記指紋センサは、複数のヒーターをアレイ状に配設するとともにこのヒーターの抵抗変化に基づいて温度を検出することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る指紋照合方法は、指紋の谷部と山部の伝熱特性の差に基づいて検出した入力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、指紋照合をおこなう指紋照合方法において、複数の温度センサをアレイ状に配設した温度検出層並びに各温度センサに対応する位置に複数のヒーターをアレイ状に配設したヒーター層を絶縁膜を介して積層した指紋センサを用いて入力指紋画像を検出する検出工程と、前記検出工程により検出された入力指紋画像を前記参照指紋画像と照合する指紋照合工程とを含んだことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る指紋照合方法は、指紋の谷部と山部の伝熱特性の差に基づいて検出した入力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、指紋照合をおこなう指紋照合方法において、複数のヒーターから発した熱が前記指紋の山部に伝導する伝熱特性を利用して前記指紋の山部と谷部を検出する指紋センサを用いて入力指紋画像を検出する検出工程と、前記指紋センサからの出力信号に基づいて形成される入力指紋画像の品質を判定する品質判定工程と、前記品質判定工程により前記入力指紋画像の品質が所定の品質よりも高いと判定されるまで、前記複数のヒーターの駆動時間を変化させつつ前記指紋センサによる指紋検知を繰り返すよう制御する制御工程と、前記指紋センサからの出力信号に基づいて形成される入力指紋画像を前記参照指紋画像と照合する指紋照合工程とを含んだことを特徴とする。
【００１８】
【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、指紋照合装置および指紋照合方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、本実施の形態では、まず最初に指紋センサの構造について説明した後、この指紋センサを用いた指紋照合装置について説明することとする。
【００１９】
図１は、本実施の形態に係る指紋センサ１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。
【００２０】
ここで、この指紋センサ１は、熱伝導方式による指紋センサであり、具体的には、指紋検出部１０の検出面の下部にマトリックス状に複数のヒーターと複数の温度センサとを作り込み、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。
【００２１】
ただし、この指紋センサ１は、ヒーターと温度センサを同一平面上に配設するのではなく、複数のヒーターを内在するヒーター層と複数の温度センサを内在するセンサ層とを別層にし、このヒーター層とセンサ層とを絶縁膜を介して積層した構造としている。
【００２２】
一方、信号処理部２０では、ヒーターの加熱時間を毎回可変にして、短時間で高コントラストの画像が得られればそこで終了し、もし、コントラストが低ければ２回目の加熱時間を少し長くして指紋画像をとり、高コントラストとなるまで繰り返すようにして画像を取り込む処理をおこなう。この際、画像のコントラストを判定する処理についても併せておこなう。
【００２３】
次に、図１に示した指紋検出部１０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。同図に示すように、この指紋検出部１０は、基板１００上にヒーター層１１０とセンサ層１２０を絶縁膜を介して積層した構造となる。なお、このヒーター層１１０は請求項１のヒーター層に対応し、センサ層１２０は請求項１の温度検出層に対応する。
【００２４】
この指紋検出部１０を構成するヒーター層１１０およびセンサ層１２０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１１１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。
【００２５】
また、センサ１２１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１２１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。
【００２６】
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１００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１００には、その他の絶縁性材料を用いることもできる。
【００２７】
そして、熱源であるヒーター１１１と温度を検知するセンサ１２１はそれぞれ別層にして絶縁膜を介して基板１００上に積層されている。このように、ヒーター１１１とセンサ１２１を別層にした理由は、センサ１２１間の距離を短縮して測定精度を上げるとともに、ヒーター１１１とセンサ１２１間の距離を短縮して消費電力を低減するためである。
【００２８】
ただし、このヒーター１１１とセンサ１２１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１１１とセンサ１２１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。
【００２９】
また、ヒーター１１１とセンサ１２１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１１１から発生する熱量のうち該ヒーター１１１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。
【００３０】
また、かかるヒーター１１１とセンサ１２１を、それぞれ２次元平面上に２５６×２５６個配置し、１行ごとに温度信号をセンサ１２１から取り込む場合を考えると、１行あたりの加熱時間が１ミリ秒であれば、１画像分の温度信号を取り込むのに２５６ミリ秒しかかからない。
【００３１】
なお、ここではヒーター１１１とセンサ１２１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１１１からの熱がセンサ１２１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。
【００３２】
次に、図２に示したヒーター層１１０内のヒーター１１１の回路構成並びにセンサ層１２０内のセンサ１２１の回路構成について説明する。図３は、図２に示したヒーター層１１０内のヒーター１１１の回路構成並びにセンサ層１２０内のセンサ１２１の回路構成を示す図である。なお、ここでは２５６×２５６個のヒーター１１１およびセンサ１２１を配設した場合を示すこととする。
【００３３】
ヒーター層１１０には、図３（ａ）に示すヒーター回路が組み込まれており、このヒーター回路は２５６列２５６行の抵抗体マトリクスからなる。このヒーター回路は、ヒーター駆動電圧によって一行ごとに駆動される。
【００３４】
センサ層１２０には、図３（ｂ）に示すセンサ回路が組み込まれており、このセンサ回路も２５６列２５６行の抵抗変化型温度検出素子マトリクスからなる。このセンサ回路は、ヒーター１１１の加熱時間分遅延した後に一行ごとにその温度上昇を検知する。
【００３５】
なお、１行ごとに定電圧を印加することとした理由は、ここでは温度検出素子が検知した温度信号をラッチする図３（ｂ）下部に示す回路部を各列ごとにしか設けていないからである。この回路部を各行各列ごとに設ければ、ヒーター回路の全抵抗体に一度に定電圧を印加することができ、センサ回路の各温度検出素子から一度に温度信号を取得することができる。また、かかる回路部を１２８行目にも設ければ、１行目と１２９行目、２行目と１３０行目、１２８行目と２５６行目の温度信号を並列して取得することができる。
【００３６】
このように、この指紋検出部１０では、ヒーター層１１０とセンサ層１２０を位置合わせをおこないつつ積層するよう構成したので、精度の良い指紋画像を取得することができ、計測時間の短縮並びに消費電力の低減を図ることができ、指紋センサを効率良く製造することができる。
【００３７】
次に、図１に示した指紋センサ１を有する指紋照合装置について説明する。図４は、図１に示した指紋センサ１を有する指紋照合装置の構成を示す機能ブロック図である。
【００３８】
同図に示すように、この指紋照合装置は、指紋センサ１に含まれる指紋検出部１０および信号処理部２０と、指紋照合部３０とを有する。信号処理部２０は、制御部２１、電圧パルス出力部２２、コントラスト判定部２３、しきい値記憶部２４および画像データ出力部２５からなる。なお、この指紋検出部１０は請求項２または３の指紋センサに対応し、制御部２１は請求項２または３の制御手段に対応し、コントラスト判定部２３は請求項３の品質判定手段に対応し、指紋照合部３０は請求項２または３の指紋照合手段に対応する。
【００３９】
制御部２１は、指紋センサ１の全体制御をおこなう制御部であり、具体的には、検出面への指が圧着された場合に、これを別途検知し、指紋検出部１０のヒーター回路１１に定電圧パルスを出力するとともに、所定時間経過後にセンサ回路１２に温度検知のための定電圧パルスを出力するよう電圧パルス出力部２２に指示する。
【００４０】
そして、センサ回路１２から温度信号を得たならば、該温度信号に基づいて形成した指紋画像をコントラスト判定部２３に出力し、該指紋画像のコントラストが良好であるか否かを受け取る。
【００４１】
その結果、指紋画像のコントラストが良好であれば、該指紋画像を指紋照合部３０に受け渡し、指紋画像のコントラストが不良であれば、ヒーター時間を延長してヒーター回路を駆動するよう電圧パルス出力部２２に指示する。
【００４２】
このように、かかる制御部２１では、単に１回だけ指紋画像を取得する制御をおこなうのではなく、取得した指紋画像のコントラストに応じてヒーター時間を延長しつつ繰り返し指紋画像を取得することとしている。
【００４３】
電圧パルス出力部２２は、指紋検出部１０のヒーター回路１１またはセンサ回路１２に対して定電圧パルスを出力する処理部であり、具体的には、図３を用いて説明したように各行ごとに定電圧パルスを出力する。
【００４４】
コントラスト判定部２３は、センサ回路１２が検知した温度信号に基づいて形成した指紋画像のコントラストが良好なものであるか否かを判定する処理部であり、具体的には、入力された指紋画像のコントラストをしきい値記憶部２４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超える場合には指紋画像が良好であるものと判定し、しきい値以下の場合には指紋画像が良好でないものと判定する。
【００４５】
画像データ出力部２５は、センサ回路１２により検知された温度信号に基づいて形成された指紋画像のうち、コントラスト判定部２３によってコントラストが良好であると判定されたものを指紋照合部３０に出力する処理部である。
【００４６】
また、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。画像入力部３１は、指紋センサ１の信号処理部２０から出力された指紋画像を入力する処理部であり、参照画像記憶部３２は、入力指紋画像の比較の対象となる指紋画像を記憶する記憶部である。ただし、この参照画像記憶部３２に記憶した参照指紋画像は、指紋センサ１により取得した指紋画像である必要はなく、別途光学的に取得した指紋画像であっても構わない。
【００４７】
照合処理部３３は、指紋センサ１により取得された入力指紋画像と参照画像記憶部３２に記憶した参照指紋画像とを比較して、両者が一致するか否かを照合する処理部であり、その照合結果を出力する。
【００４８】
次に、指紋センサ１のヒーター１１１の加熱時間について図５〜図６を用いて説明する。図５は、ヒーター１１１を加熱した場合の指紋の山部と谷部でのセンサ１２１の温度上昇の一例を示す図である。
【００４９】
同図に示すように、ヒーター１１１による加熱を開始するとセンサ１２１で検知する温度が上昇し、加熱を終了するとともに温度が低下する。ここで、図中に実線で示す指紋の山部の場合には、皮膚が検出面に接しており皮膚への熱損失が大きいので温度は上昇し難い。一方、指紋の谷部の場合には、検出面と皮膚の間には空気層が介在し、熱損失が小さいので温度が上昇しやすい。
【００５０】
ここで、指紋の山部と谷部の温度上昇の差が大きいほど、得られた指紋画像のコントラストは高くなるので、ここではこのコントラストの指標として「温度上昇比」を用いる。
【００５１】
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。このため、山部と谷部の温度上昇の差が大きくなり、温度上昇比が小さくなればなるほど、得られた指紋画像は高コントラストになる。
【００５２】
図６は、ヒーター１１１の加熱時間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。同図に示すように、当初の間は加熱時間を長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、加熱時間が１００００μ秒を過ぎると、かかる温度上昇比が一定となる。
【００５３】
加熱時間を長くするということは、消費電力も大きくなり測定時間も長くなることから、むやみに加熱時間を長くすべきではない。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ヒーター１１１の加熱時間を延長しつつも、温度上昇比が一定となる加熱時間以上は加熱時間を延長しないこととしている。
【００５４】
次に、図４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４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、加熱時間を３段階とした場合を示すこととする。
【００５５】
同図に示すように、まず最初に加熱時間１００μｓにてヒーター１１１を加熱し、その際にセンサ１２１が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）。
【００５６】
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）、ヒーター１１１の加熱時間を１ｍｓに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）。
【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）、ヒーター１１１の加熱時間を１０ｍｓ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）。
【００５８】
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ヒーター１１１の加熱時間を延長し再測定することができる。
【００５９】
したがって、常にヒーター１１１を１０ｍｓ加熱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、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。
【００６１】
また、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。
【００６２】
上述してきたように、本実施の形態では、センサ１２１をアレイ状に配設したセンサ層１２０と、このセンサ層１２０の各センサ１２１に対応する位置にヒーター１１１をアレイ状に配設したヒーター層１１０とを絶縁膜を介して基板１００上に積層するよう構成したので、精度の良い指紋画像を取得することができ、計測時間の短縮並びに消費電力の低減を図ることができる。
【００６３】
なお、本実施の形態では、指紋センサ１の指紋検出部１０を板状に形成した場合を示したが、図８に示すように指紋検出部８０を湾曲させることもできる。このように指紋検出部８０を湾曲させると、検出面と指の密着度を高くすることができる。
【００６４】
また、本実施の形態では、センサ層１２０をヒーター層１１０の上部に設ける場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ヒーター層１１０をセンサ層１２０の上部に配設することもできる。
【００６５】
さらに、本実施の形態では、図１に示したように指紋検出部１０と信号処理部２０とで指紋センサを構成したが、これらを別のチップで構成するのではなく、信号処理部２０の一部或いは全部を指紋検出部１０中にモノリシックに組み込むこともできる。また、指紋照合部を信号処理部と別体としたが、これを信号処理部へ組み込んでもよく、さらに全てを指紋検出部１０中に組み込んでもよい。
【００６６】
また、本実施の形態では、センサ層１２０およびヒーター層１１０によって積層形成される指紋検出部８０を用いて指紋画像のコントラストを考慮した指紋画像の取得制御をおこなう場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、センサ層とヒーター層が同一層で形成されるような従来の指紋センサや、センサとヒーターが一体化されてヒーターの抵抗変化に基づいて温度を検出できるような従来からあるタイプの指紋センサに適用することもできる。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数の温度センサをアレイ状に配設した温度検出層と、この温度検出層の各温度センサに対応する位置に複数のヒーターをアレイ状に配設したヒーター層と、を絶縁膜を介して積層するよう構成したので、（１）温度センサ間の距離を短くし、もって精度の良い指紋画像を取得することができ、（２）温度センサとヒーターの間の距離を短くし、もって計測時間の短縮並びに消費電力の低減を図ることができるという効果を奏する。
【００６８】
また、本発明によれば、複数の温度センサをアレイ状に配設した温度検出層並びに各温度センサに対応する位置に複数のヒーターをアレイ状に配設したヒーター層を絶縁膜を介して積層した指紋センサについて、まず複数のヒーターを所定の時間駆動した後に各温度センサで温度を検知し、かかる温度センサにより検知された温度信号に基づき形成される入力指紋画像を参照指紋画像と照合するよう構成したので、消費電力の増加を伴うことなく、精度の良い指紋画像を効率良く取得し、もって照合精度の高い指紋照合をおこなうことが可能な指紋照合装置が得られるという効果を奏する。
【００６９】
また、本発明によれば、複数のヒーターから発した熱が指紋の山部に伝導する伝熱特性を利用した指紋センサからの出力信号に基づいて形成される入力指紋画像の品質を判定し、この入力指紋画像の品質が所定の品質よりも高いと判定されるまで、複数のヒーターの駆動時間を変化させつつ指紋センサによる指紋検知を繰り返すよう制御し、最終的に得られた指紋センサからの出力信号に基づいて形成される入力指紋画像を参照指紋画像と照合するよう構成したので、たとえば乾燥した指の指紋を検出する場合にのみヒーターの駆動時間を延長し、その他の場合にはヒーターの駆動時間を短くするようにして、トータルに見た場合の消費電力の増加を抑制しつつ、一定品質の良好な指紋画像を取得することが可能な指紋照合装置が得られるという効果を奏する。
【００７０】
また、本発明によれば、複数の温度センサをアレイ状に配設するとともに各温度センサに対応する位置に複数のヒーターをアレイ状に配設した指紋センサを用いるよう構成したので、消費電力の増加を抑制しつつ、一定品質の良好な指紋画像を取得することが可能な指紋照合装置が得られるという効果を奏する。
【００７１】
また、本発明によれば、複数のヒーターをアレイ状に配設するとともにこのヒーターの抵抗変化に基づいて温度を検出する指紋センサを用いるよう構成したので、消費電力の増加を抑制しつつ、一定品質の良好な指紋画像を取得することが可能な指紋照合装置が得られるという効果を奏する。
【００７２】
また、本発明によれば、複数の温度センサをアレイ状に配設した温度検出層並びに各温度センサに対応する位置に複数のヒーターをアレイ状に配設したヒーター層を絶縁膜を介して積層した指紋センサについて、まず複数のヒーターを所定の時間駆動した後に各温度センサで温度を検知し、かかる温度センサにより検知された温度信号に基づき形成される入力指紋画像を参照指紋画像と照合するよう構成したので、消費電力の増加を伴うことなく、精度の良い指紋画像を効率良く取得し、もって照合精度の高い指紋照合をおこなうことが可能な指紋照合方法が得られるという効果を奏する。
【００７３】
また、本発明によれば、複数のヒーターから発した熱が指紋の山部に伝導する伝熱特性を利用した指紋センサからの出力信号に基づいて形成される入力指紋画像の品質を判定し、この入力指紋画像の品質が所定の品質よりも高いと判定されるまで、複数のヒーターの駆動時間を変化させつつ指紋センサによる指紋検知を繰り返すよう制御し、最終的に得られた指紋センサからの出力信号に基づいて形成される入力指紋画像を参照指紋画像と照合するよう構成したので、たとえば乾燥した指の指紋を検出する場合にのみヒーターの駆動時間を延長し、その他の場合にはヒーターの駆動時間を短くするようにして、トータルに見た場合の消費電力の増加を抑制しつつ、一定品質の良好な指紋画像を取得することが可能な指紋照合方法が得られるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態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２に示したヒーター層内のヒーターの回路構成並びにセンサ層内のセンサの回路構成を示す図である。
【図４】図１に示した指紋センサを有する指紋照合装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図５】ヒーターを加熱した場合の指紋の山部と谷部でのセンサの温度上昇の一例を示す図である。
【図６】ヒーターの加熱時間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４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】指紋センサの指紋検出部を湾曲した変形例を示す図である。
【符号の説明】
１ 指紋センサ
１０ 指紋検出部
１１ ヒーター回路
１２ センサ回路
２０ 信号処理部
２１ 制御部
２２ 電圧パルス出力部
２３ コントラスト判定部
２４ しきい値記憶部
２５ 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
８０ 指紋検出部
１００ 基板
１１０ ヒーター層
１１１ ヒーター
１２０ センサ層
１２１ センサ
【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、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指紋センサ、指紋照合装置および指紋照合方法に関し、特に、指紋画像の精度を向上させ、またヒーターによる消費電力を低減する指紋センサ、指紋照合装置および指紋照合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、指紋を用いて個人の認証をおこなう際には、光学的に入力指紋画像を取得して、これをあらかじめ登録した参照指紋画像と照合するのが一般的であったが、かかる光学的技術には、塵埃や汚れに脆弱であり、かつ、小型化するのが難しいという欠点がある。
【０００３】
このため、最近では、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供給熱量と比較して、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。
【０００４】
この従来技術では、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。
【０００５】
【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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
これらのことから、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いかに図るかが極めて重要な課題となっている。
【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、指紋画像の精度を向上させ、またヒーターによる消費電力を低減することができる指紋センサ、指紋照合装置および指紋照合方法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、本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、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指紋センサにおいて、前記複数の温度センサをアレイ状に配設した温度検出層と、前記温度検出層の各温度センサに対応する位置に複数のヒーターをアレイ状に配設したヒーター層とを絶縁膜を介して積層したことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る指紋照合装置は、指紋の谷部と山部の伝熱特性の差に基づいて検出した入力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、指紋照合をおこなう指紋照合装置において、複数の温度センサをアレイ状に配設した温度検出層並びに各温度センサに対応する位置に複数のヒーターをアレイ状に配設したヒーター層を絶縁膜を介して積層した指紋センサと、前記複数のヒーターを所定の時間駆動した後、前記複数の温度センサにより温度を検知するよう制御する制御手段と、前記複数の温度センサにより検知された温度信号に基づき形成される入力指紋画像を前記参照指紋画像と照合する指紋照合手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る指紋照合装置は、指紋の谷部と山部の伝熱特性の差に基づいて検出した入力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、指紋照合をおこなう指紋照合装置において、複数のヒーターから発した熱が前記指紋の山部に伝導する伝熱特性を利用して前記指紋の山部と谷部を検出する指紋センサと、前記指紋センサからの出力信号に基づいて形成される入力指紋画像の品質を判定する品質判定手段と、前記品質判定手段により前記入力指紋画像の品質が所定の品質よりも高いと判定されるまで、前記複数のヒーターの駆動時間を変化させつつ前記指紋センサによる指紋検知を繰り返すよう制御する制御手段と、前記指紋センサからの出力信号に基づいて形成される入力指紋画像を前記参照指紋画像と照合する指紋照合手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る指紋照合装置は、前記指紋センサは、複数の温度センサをアレイ状に配設するとともに各温度センサに対応する位置に複数のヒーターをアレイ状に配設して形成されたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る指紋照合装置は、前記指紋センサは、複数のヒーターをアレイ状に配設するとともにこのヒーターの抵抗変化に基づいて温度を検出することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る指紋照合方法は、指紋の谷部と山部の伝熱特性の差に基づいて検出した入力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、指紋照合をおこなう指紋照合方法において、複数の温度センサをアレイ状に配設した温度検出層並びに各温度センサに対応する位置に複数のヒーターをアレイ状に配設したヒーター層を絶縁膜を介して積層した指紋センサを用いて入力指紋画像を検出する検出工程と、前記検出工程により検出された入力指紋画像を前記参照指紋画像と照合する指紋照合工程とを含んだことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る指紋照合方法は、指紋の谷部と山部の伝熱特性の差に基づいて検出した入力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、指紋照合をおこなう指紋照合方法において、複数のヒーターから発した熱が前記指紋の山部に伝導する伝熱特性を利用して前記指紋の山部と谷部を検出する指紋センサを用いて入力指紋画像を検出する検出工程と、前記指紋センサからの出力信号に基づいて形成される入力指紋画像の品質を判定する品質判定工程と、前記品質判定工程により前記入力指紋画像の品質が所定の品質よりも高いと判定されるまで、前記複数のヒーターの駆動時間を変化させつつ前記指紋センサによる指紋検知を繰り返すよう制御する制御工程と、前記指紋センサからの出力信号に基づいて形成される入力指紋画像を前記参照指紋画像と照合する指紋照合工程とを含んだことを特徴とする。
【００１８】
【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、指紋照合装置および指紋照合方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、本実施の形態では、まず最初に指紋センサの構造について説明した後、この指紋センサを用いた指紋照合装置について説明することとする。
【００１９】
図１は、本実施の形態に係る指紋センサ１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。
【００２０】
ここで、この指紋センサ１は、熱伝導方式による指紋センサであり、具体的には、指紋検出部１０の検出面の下部にマトリックス状に複数のヒーターと複数の温度センサとを作り込み、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。
【００２１】
ただし、この指紋センサ１は、ヒーターと温度センサを同一平面上に配設するのではなく、複数のヒーターを内在するヒーター層と複数の温度センサを内在するセンサ層とを別層にし、このヒーター層とセンサ層とを絶縁膜を介して積層した構造としている。
【００２２】
一方、信号処理部２０では、ヒーターの加熱時間を毎回可変にして、短時間で高コントラストの画像が得られればそこで終了し、もし、コントラストが低ければ２回目の加熱時間を少し長くして指紋画像をとり、高コントラストとなるまで繰り返すようにして画像を取り込む処理をおこなう。この際、画像のコントラストを判定する処理についても併せておこなう。
【００２３】
次に、図１に示した指紋検出部１０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。同図に示すように、この指紋検出部１０は、基板１００上にヒーター層１１０とセンサ層１２０を絶縁膜を介して積層した構造となる。なお、このヒーター層１１０は請求項１のヒーター層に対応し、センサ層１２０は請求項１の温度検出層に対応する。
【００２４】
この指紋検出部１０を構成するヒーター層１１０およびセンサ層１２０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１１１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。
【００２５】
また、センサ１２１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１２１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。
【００２６】
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１００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１００には、その他の絶縁性材料を用いることもできる。
【００２７】
そして、熱源であるヒーター１１１と温度を検知するセンサ１２１はそれぞれ別層にして絶縁膜を介して基板１００上に積層されている。このように、ヒーター１１１とセンサ１２１を別層にした理由は、センサ１２１間の距離を短縮して測定精度を上げるとともに、ヒーター１１１とセンサ１２１間の距離を短縮して消費電力を低減するためである。
【００２８】
ただし、このヒーター１１１とセンサ１２１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１１１とセンサ１２１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。
【００２９】
また、ヒーター１１１とセンサ１２１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１１１から発生する熱量のうち該ヒーター１１１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。
【００３０】
また、かかるヒーター１１１とセンサ１２１を、それぞれ２次元平面上に２５６×２５６個配置し、１行ごとに温度信号をセンサ１２１から取り込む場合を考えると、１行あたりの加熱時間が１ミリ秒であれば、１画像分の温度信号を取り込むのに２５６ミリ秒しかかからない。
【００３１】
なお、ここではヒーター１１１とセンサ１２１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１１１からの熱がセンサ１２１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。
【００３２】
次に、図２に示したヒーター層１１０内のヒーター１１１の回路構成並びにセンサ層１２０内のセンサ１２１の回路構成について説明する。図３は、図２に示したヒーター層１１０内のヒーター１１１の回路構成並びにセンサ層１２０内のセンサ１２１の回路構成を示す図である。なお、ここでは２５６×２５６個のヒーター１１１およびセンサ１２１を配設した場合を示すこととする。
【００３３】
ヒーター層１１０には、図３（ａ）に示すヒーター回路が組み込まれており、このヒーター回路は２５６列２５６行の抵抗体マトリクスからなる。このヒーター回路は、ヒーター駆動電圧によって一行ごとに駆動される。
【００３４】
センサ層１２０には、図３（ｂ）に示すセンサ回路が組み込まれており、このセンサ回路も２５６列２５６行の抵抗変化型温度検出素子マトリクスからなる。このセンサ回路は、ヒーター１１１の加熱時間分遅延した後に一行ごとにその温度上昇を検知する。
【００３５】
なお、１行ごとに定電圧を印加することとした理由は、ここでは温度検出素子が検知した温度信号をラッチする図３（ｂ）下部に示す回路部を各列ごとにしか設けていないからである。この回路部を各行各列ごとに設ければ、ヒーター回路の全抵抗体に一度に定電圧を印加することができ、センサ回路の各温度検出素子から一度に温度信号を取得することができる。また、かかる回路部を１２８行目にも設ければ、１行目と１２９行目、２行目と１３０行目、１２８行目と２５６行目の温度信号を並列して取得することができる。
【００３６】
このように、この指紋検出部１０では、ヒーター層１１０とセンサ層１２０を位置合わせをおこないつつ積層するよう構成したので、精度の良い指紋画像を取得することができ、計測時間の短縮並びに消費電力の低減を図ることができ、指紋センサを効率良く製造することができる。
【００３７】
次に、図１に示した指紋センサ１を有する指紋照合装置について説明する。図４は、図１に示した指紋センサ１を有する指紋照合装置の構成を示す機能ブロック図である。
【００３８】
同図に示すように、この指紋照合装置は、指紋センサ１に含まれる指紋検出部１０および信号処理部２０と、指紋照合部３０とを有する。信号処理部２０は、制御部２１、電圧パルス出力部２２、コントラスト判定部２３、しきい値記憶部２４および画像データ出力部２５からなる。なお、この指紋検出部１０は請求項２または３の指紋センサに対応し、制御部２１は請求項２または３の制御手段に対応し、コントラスト判定部２３は請求項３の品質判定手段に対応し、指紋照合部３０は請求項２または３の指紋照合手段に対応する。
【００３９】
制御部２１は、指紋センサ１の全体制御をおこなう制御部であり、具体的には、検出面への指が圧着された場合に、これを別途検知し、指紋検出部１０のヒーター回路１１に定電圧パルスを出力するとともに、所定時間経過後にセンサ回路１２に温度検知のための定電圧パルスを出力するよう電圧パルス出力部２２に指示する。
【００４０】
そして、センサ回路１２から温度信号を得たならば、該温度信号に基づいて形成した指紋画像をコントラスト判定部２３に出力し、該指紋画像のコントラストが良好であるか否かを受け取る。
【００４１】
その結果、指紋画像のコントラストが良好であれば、該指紋画像を指紋照合部３０に受け渡し、指紋画像のコントラストが不良であれば、ヒーター時間を延長してヒーター回路を駆動するよう電圧パルス出力部２２に指示する。
【００４２】
このように、かかる制御部２１では、単に１回だけ指紋画像を取得する制御をおこなうのではなく、取得した指紋画像のコントラストに応じてヒーター時間を延長しつつ繰り返し指紋画像を取得することとしている。
【００４３】
電圧パルス出力部２２は、指紋検出部１０のヒーター回路１１またはセンサ回路１２に対して定電圧パルスを出力する処理部であり、具体的には、図３を用いて説明したように各行ごとに定電圧パルスを出力する。
【００４４】
コントラスト判定部２３は、センサ回路１２が検知した温度信号に基づいて形成した指紋画像のコントラストが良好なものであるか否かを判定する処理部であり、具体的には、入力された指紋画像のコントラストをしきい値記憶部２４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超える場合には指紋画像が良好であるものと判定し、しきい値以下の場合には指紋画像が良好でないものと判定する。
【００４５】
画像データ出力部２５は、センサ回路１２により検知された温度信号に基づいて形成された指紋画像のうち、コントラスト判定部２３によってコントラストが良好であると判定されたものを指紋照合部３０に出力する処理部である。
【００４６】
また、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。画像入力部３１は、指紋センサ１の信号処理部２０から出力された指紋画像を入力する処理部であり、参照画像記憶部３２は、入力指紋画像の比較の対象となる指紋画像を記憶する記憶部である。ただし、この参照画像記憶部３２に記憶した参照指紋画像は、指紋センサ１により取得した指紋画像である必要はなく、別途光学的に取得した指紋画像であっても構わない。
【００４７】
照合処理部３３は、指紋センサ１により取得された入力指紋画像と参照画像記憶部３２に記憶した参照指紋画像とを比較して、両者が一致するか否かを照合する処理部であり、その照合結果を出力する。
【００４８】
次に、指紋センサ１のヒーター１１１の加熱時間について図５〜図６を用いて説明する。図５は、ヒーター１１１を加熱した場合の指紋の山部と谷部でのセンサ１２１の温度上昇の一例を示す図である。
【００４９】
同図に示すように、ヒーター１１１による加熱を開始するとセンサ１２１で検知する温度が上昇し、加熱を終了するとともに温度が低下する。ここで、図中に実線で示す指紋の山部の場合には、皮膚が検出面に接しており皮膚への熱損失が大きいので温度は上昇し難い。一方、指紋の谷部の場合には、検出面と皮膚の間には空気層が介在し、熱損失が小さいので温度が上昇しやすい。
【００５０】
ここで、指紋の山部と谷部の温度上昇の差が大きいほど、得られた指紋画像のコントラストは高くなるので、ここではこのコントラストの指標として「温度上昇比」を用いる。
【００５１】
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。このため、山部と谷部の温度上昇の差が大きくなり、温度上昇比が小さくなればなるほど、得られた指紋画像は高コントラストになる。
【００５２】
図６は、ヒーター１１１の加熱時間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。同図に示すように、当初の間は加熱時間を長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、加熱時間が１００００μ秒を過ぎると、かかる温度上昇比が一定となる。
【００５３】
加熱時間を長くするということは、消費電力も大きくなり測定時間も長くなることから、むやみに加熱時間を長くすべきではない。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ヒーター１１１の加熱時間を延長しつつも、温度上昇比が一定となる加熱時間以上は加熱時間を延長しないこととしている。
【００５４】
次に、図４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４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、加熱時間を３段階とした場合を示すこととする。
【００５５】
同図に示すように、まず最初に加熱時間１００μｓにてヒーター１１１を加熱し、その際にセンサ１２１が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）。
【００５６】
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）、ヒーター１１１の加熱時間を１ｍｓに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）。
【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）、ヒーター１１１の加熱時間を１０ｍｓ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）。
【００５８】
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ヒーター１１１の加熱時間を延長し再測定することができる。
【００５９】
したがって、常にヒーター１１１を１０ｍｓ加熱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、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。
【００６１】
また、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。
【００６２】
上述してきたように、本実施の形態では、センサ１２１をアレイ状に配設したセンサ層１２０と、このセンサ層１２０の各センサ１２１に対応する位置にヒーター１１１をアレイ状に配設したヒーター層１１０とを絶縁膜を介して基板１００上に積層するよう構成したので、精度の良い指紋画像を取得することができ、計測時間の短縮並びに消費電力の低減を図ることができる。
【００６３】
なお、本実施の形態では、指紋センサ１の指紋検出部１０を板状に形成した場合を示したが、図８に示すように指紋検出部８０を湾曲させることもできる。このように指紋検出部８０を湾曲させると、検出面と指の密着度を高くすることができる。
【００６４】
また、本実施の形態では、センサ層１２０をヒーター層１１０の上部に設ける場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ヒーター層１１０をセンサ層１２０の上部に配設することもできる。
【００６５】
さらに、本実施の形態では、図１に示したように指紋検出部１０と信号処理部２０とで指紋センサを構成したが、これらを別のチップで構成するのではなく、信号処理部２０の一部或いは全部を指紋検出部１０中にモノリシックに組み込むこともできる。また、指紋照合部を信号処理部と別体としたが、これを信号処理部へ組み込んでもよく、さらに全てを指紋検出部１０中に組み込んでもよい。
【００６６】
また、本実施の形態では、センサ層１２０およびヒーター層１１０によって積層形成される指紋検出部８０を用いて指紋画像のコントラストを考慮した指紋画像の取得制御をおこなう場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、センサ層とヒーター層が同一層で形成されるような従来の指紋センサや、センサとヒーターが一体化されてヒーターの抵抗変化に基づいて温度を検出できるような従来からあるタイプの指紋センサに適用することもできる。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数の温度センサをアレイ状に配設した温度検出層と、この温度検出層の各温度センサに対応する位置に複数のヒーターをアレイ状に配設したヒーター層と、を絶縁膜を介して積層するよう構成したので、（１）温度センサ間の距離を短くし、もって精度の良い指紋画像を取得することができ、（２）温度センサとヒーターの間の距離を短くし、もって計測時間の短縮並びに消費電力の低減を図ることができるという効果を奏する。
【００６８】
また、本発明によれば、複数の温度センサをアレイ状に配設した温度検出層並びに各温度センサに対応する位置に複数のヒーターをアレイ状に配設したヒーター層を絶縁膜を介して積層した指紋センサについて、まず複数のヒーターを所定の時間駆動した後に各温度センサで温度を検知し、かかる温度センサにより検知された温度信号に基づき形成される入力指紋画像を参照指紋画像と照合するよう構成したので、消費電力の増加を伴うことなく、精度の良い指紋画像を効率良く取得し、もって照合精度の高い指紋照合をおこなうことが可能な指紋照合装置が得られるという効果を奏する。
【００６９】
また、本発明によれば、複数のヒーターから発した熱が指紋の山部に伝導する伝熱特性を利用した指紋センサからの出力信号に基づいて形成される入力指紋画像の品質を判定し、この入力指紋画像の品質が所定の品質よりも高いと判定されるまで、複数のヒーターの駆動時間を変化させつつ指紋センサによる指紋検知を繰り返すよう制御し、最終的に得られた指紋センサからの出力信号に基づいて形成される入力指紋画像を参照指紋画像と照合するよう構成したので、たとえば乾燥した指の指紋を検出する場合にのみヒーターの駆動時間を延長し、その他の場合にはヒーターの駆動時間を短くするようにして、トータルに見た場合の消費電力の増加を抑制しつつ、一定品質の良好な指紋画像を取得することが可能な指紋照合装置が得られるという効果を奏する。
【００７０】
また、本発明によれば、複数の温度センサをアレイ状に配設するとともに各温度センサに対応する位置に複数のヒーターをアレイ状に配設した指紋センサを用いるよう構成したので、消費電力の増加を抑制しつつ、一定品質の良好な指紋画像を取得することが可能な指紋照合装置が得られるという効果を奏する。
【００７１】
また、本発明によれば、複数のヒーターをアレイ状に配設するとともにこのヒーターの抵抗変化に基づいて温度を検出する指紋センサを用いるよう構成したので、消費電力の増加を抑制しつつ、一定品質の良好な指紋画像を取得することが可能な指紋照合装置が得られるという効果を奏する。
【００７２】
また、本発明によれば、複数の温度センサをアレイ状に配設した温度検出層並びに各温度センサに対応する位置に複数のヒーターをアレイ状に配設したヒーター層を絶縁膜を介して積層した指紋センサについて、まず複数のヒーターを所定の時間駆動した後に各温度センサで温度を検知し、かかる温度センサにより検知された温度信号に基づき形成される入力指紋画像を参照指紋画像と照合するよう構成したので、消費電力の増加を伴うことなく、精度の良い指紋画像を効率良く取得し、もって照合精度の高い指紋照合をおこなうことが可能な指紋照合方法が得られるという効果を奏する。
【００７３】
また、本発明によれば、複数のヒーターから発した熱が指紋の山部に伝導する伝熱特性を利用した指紋センサからの出力信号に基づいて形成される入力指紋画像の品質を判定し、この入力指紋画像の品質が所定の品質よりも高いと判定されるまで、複数のヒーターの駆動時間を変化させつつ指紋センサによる指紋検知を繰り返すよう制御し、最終的に得られた指紋センサからの出力信号に基づいて形成される入力指紋画像を参照指紋画像と照合するよう構成したので、たとえば乾燥した指の指紋を検出する場合にのみヒーターの駆動時間を延長し、その他の場合にはヒーターの駆動時間を短くするようにして、トータルに見た場合の消費電力の増加を抑制しつつ、一定品質の良好な指紋画像を取得することが可能な指紋照合方法が得られるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態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２に示したヒーター層内のヒーターの回路構成並びにセンサ層内のセンサの回路構成を示す図である。
【図４】図１に示した指紋センサを有する指紋照合装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図５】ヒーターを加熱した場合の指紋の山部と谷部でのセンサの温度上昇の一例を示す図である。
【図６】ヒーターの加熱時間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４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】指紋センサの指紋検出部を湾曲した変形例を示す図である。
【符号の説明】
１ 指紋センサ
１０ 指紋検出部
１１ ヒーター回路
１２ センサ回路
２０ 信号処理部
２１ 制御部
２２ 電圧パルス出力部
２３ コントラスト判定部
２４ しきい値記憶部
２５ 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
８０ 指紋検出部
１００ 基板
１１０ ヒーター層
１１１ ヒーター
１２０ センサ層
１２１ センサ
Claims (5)
- 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、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指紋センサにおいて、
前記複数の温度センサをアレイ状に配設した温度検出層と、
前記温度検出層の各温度センサに対応する位置に複数のヒーターをアレイ状に配設したヒーター層と
を絶縁膜を介して積層したことを特徴とする指紋センサ。 - 指紋の谷部と山部の伝熱特性の差に基づいて検出した入力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、指紋照合をおこなう指紋照合装置において、
複数の温度センサをアレイ状に配設した温度検出層並びに各温度センサに対応する位置に複数のヒーターをアレイ状に配設したヒーター層を絶縁膜を介して積層した指紋センサと、
前記複数のヒーターを所定の時間駆動した後、前記複数の温度センサにより温度を検知するよう制御する制御手段と、
前記複数の温度センサにより検知された温度信号に基づき形成される入力指紋画像を前記参照指紋画像と照合する指紋照合手段と
を備えたことを特徴とする指紋照合装置。 - 指紋の谷部と山部の伝熱特性の差に基づいて検出した入力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、指紋照合をおこなう指紋照合装置において、
複数の温度センサをアレイ状に配設した温度検出層並びに各温度センサに対応する位置に複数のヒーターをアレイ状に配設したヒーター層を絶縁膜を介して積層した指紋センサと、
前記指紋センサからの出力信号に基づいて形成される入力指紋画像の品質を判定する品質判定手段と、
前記品質判定手段により前記入力指紋画像の品質が所定の品質よりも高いと判定されるまで、前記複数のヒーターの駆動時間を変化させつつ前記指紋センサによる指紋検知を繰り返すよう制御する制御手段と、
前記指紋センサからの出力信号に基づいて形成される入力指紋画像を前記参照指紋画像と照合する指紋照合手段と
を備えたことを特徴とする指紋照合装置。 - 指紋の谷部と山部の伝熱特性の差に基づいて検出した入力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、指紋照合をおこなう指紋照合方法において、
複数の温度センサをアレイ状に配設した温度検出層並びに各温度センサに対応する位置に複数のヒーターをアレイ状に配設したヒーター層を絶縁膜を介して積層した指紋センサを用いて入力指紋画像を検出する検出工程と、
前記検出工程により検出された入力指紋画像を前記参照指紋画像と照合する指紋照合工程と
を含んだことを特徴とする指紋照合方法。 - 指紋の谷部と山部の伝熱特性の差に基づいて検出した入力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、指紋照合をおこなう指紋照合方法において、
複数の温度センサをアレイ状に配設した温度検出層並びに各温度センサに対応する位置に複数のヒーターをアレイ状に配設したヒーター層を絶縁膜を介して積層した指紋センサを用いて入力指紋画像を検出する検出工程と、
前記指紋センサからの出力信号に基づいて形成される入力指紋画像の品質を判定する品質判定工程と、
前記品質判定工程により前記入力指紋画像の品質が所定の品質よりも高いと判定されるまで、前記複数のヒーターの駆動時間を変化させつつ前記指紋センサによる指紋検知を繰り返すよう制御する制御工程と、
前記指紋センサからの出力信号に基づいて形成される入力指紋画像を前記参照指紋画像と照合する指紋照合工程と
を含んだことを特徴とする指紋照合方法。
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