JP4908890B2

JP4908890B2 - 電子機器に搭載された指紋センサ

Info

Publication number: JP4908890B2
Application number: JP2006086447A
Authority: JP
Inventors: 徳男栫; 武史金子
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2026-03-27
Also published as: JP2007259970A

Description

本発明は、電子機器に搭載された指紋センサに関する。

携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等の電子機器における指紋認証として静電容量式の指紋センサがある（特許文献１）。電子機器に搭載された静電容量式の指紋センサは、電子機器表面上のセンサ枠によって画定されたセンサ領域を有しており、そのセンサ領域に設けられたセンサ膜の下に、数万個の電極がアレイ状に配置されている。そして、指紋センサでは、センサ膜表面にユーザの指が触れることにより、指紋形状によって変わる指表面と電極との距離に応じた静電容量に電荷が溜まり、この静電容量と充電電荷に応じた電圧が電極に発生する。指紋センサが搭載された電子機器は、このように発生した電圧に基づいて指紋のイメージ画像を形成して指紋認証を行う。

特開２００５−２４２６４８号公報

指紋センサでは、アレイ状に配置された電極に発生する電圧を、基準となる電位（グラウンド電位）に対する電位差として検出する。しかしながら、指紋センサが搭載された電子機器のグラウンドにノイズが重畳されると、前述したような電位差にもノイズが重畳されてしまう（例えば、指紋センサが搭載された携帯電話をＰＣにＵＳＢ接続するとグラウンドラインにノイズが重畳されることがある）。このようにノイズが重畳されてしまうと、指紋のイメージ画像が乱れ、指紋認証ができなくなる。したがって、指紋センサにノイズが重畳されても指紋認証が可能な指紋センサが望まれる。

本発明は、センサ枠によって画定されたセンサ領域を有し、センサ領域内のセンサ膜表面に指を触れることにより指紋形状に対応した容量変化をセンサ内に設けられた個別の電極に伝える電子機器に搭載された指紋センサにおいて、前記電子機器は、自らとは別の機器にケーブルを介して接続され、さらに、前記電子機器は、当該ケーブルを介してノイズが重畳されるグラウンドを有し、前記センサ枠は導電材から成り前記グラウンドに接続されていることを特徴とする。

また、本発明は、指紋センサの個別の電極の出力と前記電子機器の基準電位出力とは差動アンプの両入力端子にそれぞれ接続され、両出力の差分値から指紋画像が形成されることが望ましい。

本発明によれば、指紋センサにノイズが重畳されても指紋の検出が可能な指紋センサを実現することができる。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。図１に本発明の実施形態に係る指紋センサ及び指紋センサが搭載された携帯電話機を示す。図１の（ａ）に示すように、指紋センサ１０が搭載された携帯電話機１は、ＵＳＢケーブル５を介して、ＰＣ３に接続されている。後述するように、ＰＣ３で発生したノイズは、ＵＳＢケーブル５を介して、携帯電話機１のグラウンドラインに重畳される。

図１の（ｂ）は、ユーザの指７と携帯電話機１に搭載された指紋センサ１０を示す。図１（ｂ）に示すように、指紋センサ１０は、センサ枠１０−１によって画定されたセンサ領域を有しており、このセンサ領域内にセンサ膜１０−２が設けられている。このセンサ枠１０−１は導電材により構成され、携帯電話機１のグラウンドラインに接続されている（これについては後述する）。また、センサ膜１０−２の下には、数万個の電極がアレイ状に配置されている。

後述するように、携帯電話１は、指紋センサ１０のセンサ膜１０−２の表面にユーザの指７が触れることによりアレイ状に配置された電極に発生する電圧を検出して指紋のイメージ画像を形成し指紋認証を行う。また、アレイ状に配置された電極に発生した電圧は、基準となる電位（グラウンド電位）に対する電位差として検出される。

図２に、指紋センサ１０が搭載された携帯電話機１の構成を示す。携帯電話機１は、前述したように、センサ膜１０−２の下にアレイ状に配置された電極１０−３を備えている（なお図２では省略のため１つのみ記載する）。この電極１０−３の上のセンサ膜１０−２にユーザの指７が触れることにより、電極１０−３に電圧が発生する。

差動アンプ２０は、前述したアレイ状に配置された電極１０−３毎に設けられ、その両入力端子に、前述した電極１０−３に発生した電圧と、グラウンドライン４０の基準電圧と、が印加される（なお、差動アンプ２０についても同様に、図２では省略のため１つのみ記載する）。この差動アンプ２０は、両入力端子に印加された電圧の差分に応じた電圧を出力する。

指紋検出部３０は、前述した電極１０−３毎に設けられた差動アンプ２０からの入力に応じて、ユーザの指７の指紋のイメージ画像を形成する。このように形成されたイメージ画像は予め用意されたイメージ画像と照合され指紋認証が行われる。

また、携帯電話機１のグラウンドライン４０は、ＵＳＢケーブル５を介して、ＰＣ３に接続されている。携帯電話機１とＰＣ３とは、このＵＳＢケーブル５を介して情報のやり取りを行う。また、前述したように、ＰＣ３で発生したノイズは、ＵＳＢケーブル５を介して、携帯電話機１のグラウンドに重畳される。

以下、図１及び２を用いて動作について説明する。携帯電話機１は、その使用の前に、ユーザの指紋認証をするために、指７を指紋センサ１０に触れるよう促すための画面表示をする。画面表示に促されたユーザは指紋センサ１０に触れる。また、ユーザの指７は、センサ膜１０−２と共にセンサ枠１０−１に触れる。ユーザの指７がセンサ膜１０−２に触れると、ユーザの指７とアレイ状に配置された電極１０−３との間には指７の指紋形状（指紋の凹凸形状）に応じた距離で隙間が発生する。

このように発生した隙間は、ユーザの指７を導電体とみなすと、静電容量１０−４とみなすことができる。そして、このような静電容量１０−４に電荷が充電されると、静電容量１０−４には、その容量に応じた電圧が充電され電極１０−３に電圧が発生する。このように電極１０−３に発生した電圧は、差動アンプ２０の一方の入力端子に印加される。

差動アンプ２０は、電極１０−３で発生した電圧と、グラウンドライン４０の基準電圧と、の差分に応じた電圧を出力する。このとき、ＰＣ３で発生したノイズは、ＵＳＢケーブル５を介して、携帯電話機１のグラウンドライン４０に重畳される。前述したように、センサ枠１０−１は導電材で構成され、さらに、グラウンドライン４０に接続されている。このため、ＰＣ３で発生したノイズは、電極１０−３にも重畳される。

したがって、差動アンプ２０は、電極１０−３で発生した電圧にＰＣ３のノイズが重畳された電圧と、グラウンドライン４０に重畳されたＰＣ３のノイズと、の差分に応じた電圧を出力する。これにより、差動アンプ２０からはノイズが重畳されていない（又はその影響が軽減された）電圧が指紋検出部３０に出力される。

指紋検出部３０は、前述した電極１０−３毎に設けられた差動アンプ２０からの入力に応じて、ユーザの指７の指紋のイメージ画像を形成する。前述したように、差動アンプ２０から出力された電圧にはＰＣ３で発生したノイズが重畳されていない（又は軽減されている）ため、指紋検出部３０は、指紋のイメージ画像をノイズの影響を受けることなく（又は受けてもその影響が少なく）形成することができる。したがって、本実施形態に係る指紋センサは、指紋センサにノイズが重畳されても指紋の検出をすることができる。

なお、前述したセンサ枠１０−１は、電極１０−３に対して比較的近い位置に配置されていることが望ましい。これにより、差動アンプ２０の両入力端子に印加されるノイズの振幅及び位相のずれを軽減することができ、より効果的に、ノイズの影響を減らすことができる。センサ枠１０−１と電極１０−３との距離や形状は、実際の回路等を用い実験などによって最適化するのが望ましい。

また、指紋センサ１０は、ユーザの指７の指紋検出をして指紋認証をする他に、指紋センサ１０に触れた指７の動きを検知して携帯電話機１の画面操作に用いられるポインティングデバイスとして用いてもよい。これにより、携帯電話機１のグラウンドライン４０にＰＣ３で発生したノイズが重畳されたとしても、ノイズによる携帯電話機１の誤操作を防止することができる。

さらに、本実施形態に係る指紋センサは、ＰＣ３により発生したノイズの影響を軽減だけではなく、携帯電話機内部の他の電子部品によって発生しグラウンドラインに重畳されたノイズの影響をも軽減できることは言うまでもない。また、このような指紋センサは、携帯電話機以外の他の電子機器に搭載されてもよいことは言うまでもない。

本発明の実施形態に係る指紋センサ及び指紋センサが搭載された携帯電話機を示す図である。本発明の実施形態に係る指紋センサが搭載された携帯電話機の構成を示す図である。

符号の説明

１携帯電話機、３ＰＣ、５ＵＳＢケーブル、７指、１０指紋センサ、１０−１センサ枠、１０−２センサ膜、１０−３電極、１０−４静電容量、２０差動アンプ、３０指紋検出部、４０グラウンドライン。

Claims

センサ枠によって画定されたセンサ領域を有し、
センサ領域内のセンサ膜表面に指を触れることにより指紋形状に対応した容量変化をセンサ内に設けられた個別の電極に伝える電子機器に搭載された指紋センサにおいて、
前記電子機器は、自らとは別の機器にケーブルを介して接続され、さらに、前記電子機器は、当該ケーブルを介してノイズが重畳されるグラウンドを有し、
前記センサ枠は導電材から成り前記グラウンドに接続されていることを特徴とする指紋センサ。
請求項１に記載の指紋センサにおいて、
指紋センサの個別の電極の出力と前記電子機器の基準電位出力とは差動アンプの両入力端子にそれぞれ接続され、両出力の差分値から指紋画像が形成されることを特徴とする指紋センサ。