JP5344639B2 - Fingerprint reader - Google Patents
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Description
本発明は、実際に指紋の凹凸を読取るセンサ領域以外の位置に指の真偽、或いは指の状態(濡れまたは乾燥具合等)を判定する領域を具備した指紋読み取りセンサに関するものである。 The present invention relates to a fingerprint reading sensor having an area for determining the authenticity of a finger or the state of a finger (wetting or dryness, etc.) at a position other than the sensor area that actually reads the irregularities of the fingerprint.
指の発汗、周囲の気温及び湿度、照合者(被検者)の体調も含めて指紋パターンの読み取り条件が、当該指紋読み取りセンサでは、常に固定されているという問題があった。しかも指紋パターンの読み取り条件が一般的な指の条件に固定されていたことから、一部の被検者に対しては指紋パターンの読み取り自体が困難になりかねない。光学式の指紋読み取り装置では、CCDカメラに備わっているシャッタースピードを制御して、プリズムの表面で全反射されカメラに入射する光量を制御することに依り、コントラストを調節する提案も成されている(特許文献1)。 There has been a problem that the fingerprint reading conditions of the fingerprint reading sensor are always fixed, including finger perspiration, ambient temperature and humidity, and the physical condition of the collator (subject). In addition, since the fingerprint pattern reading conditions are fixed to the general finger conditions, it may be difficult for some subjects to read the fingerprint pattern itself. In optical fingerprint readers, proposals have been made to adjust the contrast by controlling the shutter speed of the CCD camera and controlling the amount of light that is totally reflected by the prism surface and incident on the camera. (Patent Document 1).
半導体センサの場合は実装の手軽さから、採取した指紋画像を解析して画像処理技法を駆使して指紋パターンを修正するソフトウェアによる手法が広く用いられている。しかし、ソフトウェアを用いる画像処理手法は、処理時間の増大が問題になるばかりでなく、実際の指紋パターンの有るべき情報をその細部において擾乱し、正しい認証結果の導出の妨げとなる危険性を孕んでいる。 In the case of a semiconductor sensor, a method using software that analyzes a collected fingerprint image and corrects a fingerprint pattern using an image processing technique is widely used because of the ease of mounting. However, the image processing method using software not only increases the processing time, but also disturbs the information that the actual fingerprint pattern should have in its details, and hinders the risk of preventing the correct authentication result from being derived. It is.
一方で、本人確認手段として指紋を用いる場合、フェイク指紋(擬似指紋)を用いた犯罪の存在が、今後の克服すべき課題の一つとして指摘されている(非特許文献1)。近年わが国の空港においても外国人訪問者に対する指紋による犯罪歴等の紹介システムが導入されたが、指に他人の指紋を複製した膜を貼り付けた女性が、空港の税関を易々と通り抜けたニュースは、広く海外でも紹介された。この問題の対策として指紋を読取る際に「指」として読み取り装置に置かれた時点で被検体が生体か否かの判定を下す「生体検知方法」が、多数提案されている。 On the other hand, when a fingerprint is used as the identity verification means, the existence of a crime using a fake fingerprint (pseudo-fingerprint) has been pointed out as one of the problems to be overcome in the future (Non-Patent Document 1). In recent years, introduction systems such as criminal records by fingerprints for foreign visitors have also been introduced at airports in Japan, but a woman with a film that copied another person's fingerprint on her finger easily passed through the customs at the airport. The news was widely introduced overseas. As a countermeasure against this problem, many “biological detection methods” have been proposed in which it is determined whether or not a subject is a living organism when it is placed on a reading device as a “finger” when reading a fingerprint.
特許文献4では熱伝導センサを用いた生体検知装置を開示しているが、環境温度と体温の差分を検知する方式のために、偽造指を適温に調整されれば生体検知の機能は破られる。
特許文献6では脈拍を読取って生体検知を実施する方法も提案されているが、小型、薄型化を目指す半導体指紋センサを利用する装置の場合、採用は困難である。 Patent Document 6 proposes a method for detecting a living body by reading a pulse, but it is difficult to adopt in a case of an apparatus using a semiconductor fingerprint sensor aiming at miniaturization and thinning.
これに対し、特許文献2によれば、指のもつ静電容量を利用して、人間の指かどうかを検知する生体検知装置が提案されている。この生体検知装置では、指のもつ静電容量の値と既定の抵抗値から定まる時定数(周波数)に相当するCR発振器により方形パルスを生成させ、そのパルスの周波数を測定し、あらかじめ設定されたしきい値と比較して、その指が生体であるかどうかを検知する。
On the other hand, according to
この方法では、測定された値をあらかじめ設定されたしきい値と比較するだけであるので、指と同等の静電容量を有する材料で作られた偽造指が使用された場合に、それを見分けることができない。すなわち、指と同等の静電容量を有する材料さえ入手すれば、生体と認識される偽造指を作成するのは比較的容易なことであり、安全対策に対する重大な欠陥となる。 This method only compares the measured value with a pre-set threshold, so if a counterfeit finger made of a material with the same capacitance as the finger is used, it will be distinguished I can't. That is, if only a material having a capacitance equivalent to that of a finger is obtained, it is relatively easy to create a forged finger that is recognized as a living body, which is a serious defect in safety measures.
更に、この方法で用いるシュミット・インバータを含む発信回路は温度変化に大きく影響を受けると共に、印加電圧と抵抗値の設定によっては発信しない場合も頻繁に起こり、その時々での調整を要する。すなわち、体温のみならず、一定でない環境温度の影響を大きく受けることになり、不安定である。結果的に、モノリシックな指紋読み取りセンサ・デバイスへの搭載は、現実的ではない。 Further, the transmission circuit including the Schmitt inverter used in this method is greatly affected by temperature changes, and also frequently occurs depending on the setting of the applied voltage and the resistance value, and adjustment at each time is required. That is, it is greatly affected by not only body temperature but also non-constant environmental temperature, and is unstable. As a result, mounting on a monolithic fingerprint reading sensor device is not practical.
指と同等の静電容量を有する材料で作られた偽造指が使用された場合の解決手段として開示された特許文献5では、異なる周波数をもつ複数の印加信号を前記被検指に印加し、複数の印加信号に対する被検指に係る応答信号に基づいて、被検指が生体であるかどうかを判定する生体判定方法を開示しているが、電圧印加部から2つ又はそれ以上の異なる周波数の電圧を指に与えるため、電圧印加部内に2つ以上の発振器が必要であると共に、異なる周波数の出力電圧にも対応させて生体判定を行う必要があるため、部品点数の増大、指のインピーダンスを算出するための複雑な計算の処理時間の増大からも小型化、低コスト化は困難であり、実現性は低い。
In
そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、被検体を高い精度で生体か否かを判別するとともに、本人確認のために提出された被検指の状態に応じて指紋の採取条件を自動的に調節し、最適な条件で指紋画像を高速で採取する小型で低コストの半導体指紋読取りセンサを提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problems, and its purpose is to determine whether or not the subject is a living body with high accuracy, and the state of the subject finger submitted for identity verification. It is an object of the present invention to provide a small-sized and low-cost semiconductor fingerprint reading sensor that automatically adjusts fingerprint collection conditions according to the conditions and collects fingerprint images at high speed under optimum conditions.
そこで、本願発明は指紋読み取りセンサに実装され、小型で低コストしかも処理時間の早い半導体指紋読取りデバイスであって、本人確認の為に提供される指紋を読取る際、その指(被検体)が、生体か否かを高い精度で判別するとともに、被検体が指と認識された後には、指の状態(濡れまたは乾燥具合等)に応じて、採取条件を自動調節し、指紋の正確な凹凸を読取る機構を有する半導体指紋読取りデバイスを提供することを課題とする。 Therefore, the present invention is a semiconductor fingerprint reading device that is mounted on a fingerprint reading sensor and is small in size, low in cost, and fast in processing time. When reading a fingerprint provided for identity verification, the finger (subject) is Whether it is a living body or not is determined with high accuracy, and after the subject is recognized as a finger, the sampling conditions are automatically adjusted according to the state of the finger (wet or dry, etc.) so It is an object of the present invention to provide a semiconductor fingerprint reading device having a reading mechanism.
本願は、上記実情に鑑み、 指紋読み取りセンサ・デバイスにおいて、指紋採取時に指紋センサ・デバイスに指が置かれた際、その指の電気抵抗値を検知する抵抗値センサ(以下、Rセンサと記す)と、その指の静電容量値を検知する容量値センサ(以下、Cセンサと記す)並びにそれら二つのパッドと対を成すグランド・パッドをモノリシックに配置し、前記Rセンサに付属する抵抗検知回路により、Rセンサのパットに接触している指の電気抵抗値(RX)を計測し、前記Cセンサに付属するCセンサに付属する容量検知回路により、Cセンサのパッドに接触している指の静電容量(CX)を計測し、計測された電気抵抗値(RX)と静電容量(CX)の計測値により被検体である指の真偽、或いは指の状態等を判定する領域を、実際に指紋の凹凸を読取るセンサ領域以外の位置に配置するものである。 In the present application, in view of the above circumstances, in a fingerprint reading sensor device, a resistance value sensor (hereinafter referred to as an R sensor) that detects an electrical resistance value of a finger when the finger is placed on the fingerprint sensor device during fingerprint collection. And a capacitance detection sensor (hereinafter referred to as C sensor) for detecting the capacitance value of the finger, and a ground pad that is paired with these two pads in a monolithic manner, and a resistance detection circuit attached to the R sensor The electrical resistance value (R X ) of the finger that is in contact with the pad of the R sensor is measured, and the finger that is in contact with the pad of the C sensor is measured by the capacitance detection circuit attached to the C sensor attached to the C sensor. The capacitance (C X ) of the subject is measured, and the true / false of the subject finger or the state of the finger is determined based on the measured electric resistance value (R X ) and the measured capacitance (C X ) value. Realm It is intended to place in a position other than the sensor area to read the irregularities of fingerprint.
次に、電気抵抗値(RX)と静電容量(CX)の計測値により被検体である指の真偽、或いは指の状態等を判定する原理を説明すると、(1)電気抵抗値(RX)及び静電容量(CX)が、人体の持つ固有の電気抵抗値(数メガオーム)及び静電容量値(数ピコファラッド)の許容範囲にあること、(2)両値の間に「抵抗値は大きく容量値も大きい又は抵抗値は小さく容量値も小さい」と言った理屈に合わない矛盾が無いこと、(3)電気抵抗値(RX)および静電容量値(Cx)が緩やかな変動があること、(1)、(2)、(3)が確認されれば、提供された被検体が正しく生体の指と判別される。 Next, the principle of determining the authenticity of the finger as the subject or the state of the finger from the measured values of the electric resistance value (R X ) and the capacitance (C X ) will be described. (1) Electric resistance value (R X ) and capacitance (C X ) are within the allowable range of the inherent electrical resistance value (several mega ohms) and capacitance value (several picofarads) of the human body, (2) between the two values And (3) electric resistance value (R X ) and capacitance value (Cx) that there is no contradiction that does not fit the reason that “the resistance value is large and the capacitance value is large or the resistance value is small and the capacitance value is small”. If (1), (2), and (3) are confirmed that there is a gradual change, the provided subject is correctly determined as a finger of a living body.
逆に、(1)、(2)、(3)とは矛盾する結果が出た場合、例えば抵抗値は大きく容量値も大きい又は抵抗値は小さく容量値も小さい場合は、被検体が人工的な材料から成っていることを表す。 On the contrary, when a result inconsistent with (1), (2), (3) is obtained, for example, when the resistance value is large and the capacitance value is large, or the resistance value is small and the capacitance value is small, the subject is artificial. Represents that it is made of various materials.
そこで、本発明はセンサ・デバイスに指として被検体が置かれた状態で、RセンサおよびCセンサから出力される値を読みとって指の電気抵抗値と静電容量値が、人体に備わるべき値の範囲かをチェックし、または両センサから出力される両測定値が被検体表面が「濡れている」または「乾燥している」状態に有するべき値としてみた場合に、互いに矛盾しないかを判定、または抵抗値および容量値が一定値とならず、変動しているかをそれぞれ判断して、置かれた被検体が生体の一部であることを判定する機能を有する指紋読取りセンサを提供するものである。 Therefore, the present invention reads the values output from the R sensor and the C sensor in a state where the subject is placed as a finger on the sensor device, and the electrical resistance value and capacitance value of the finger are values that the human body should have. Or whether the measured values output from both sensors are consistent with each other when viewed as values that the surface of the specimen should be in a "wet" or "dry" state Or a fingerprint reading sensor having a function of judging whether a placed subject is a part of a living body by judging whether a resistance value and a capacitance value are not constant values but fluctuating. It is.
なお、電圧値がアナログ信号で得られる電気抵抗値(RX)と静電容量値(CX)はこれをデジタル化して判断乃至比較してもよく、このため本発明ではセンサ・デバイスに設けられたレジスタに外部から定められたコマンド信号を送ることに依り、前記抵抗値センサまたは容量値センサがアクティブ(活性)状態になり、それらからの出力は、アナログ・デジタル変換され記憶素子に蓄えられ、外部からの出力要求に応じて検知値を読取る機能を有する半導体指紋読取りセンサを提供するものである。 Note that the electric resistance value (R X ) and the capacitance value (C X ) obtained by analog signals can be judged or compared by digitizing them, and in the present invention, therefore, provided in the sensor device. The resistance value sensor or the capacitance value sensor is activated by sending an externally determined command signal to the designated register, and the output from them is converted from analog to digital and stored in the storage element. A semiconductor fingerprint reading sensor having a function of reading a detection value in response to an output request from the outside is provided.
本発明ではセンサ・デバイスが、小電力モードの待機状態にあってもRセンサをアクティブ状態に保ち、外部からの出力要求に応じて出力される検知値の変動を監視し、指が置かれた際に検知値が変動することを確認後、前記センサ・デバイスを稼動状態に起動させる機能を有する半導体指紋読取りセンサを提供するものである。 In the present invention, even when the sensor device is in the standby state of the low power mode, the R sensor is kept in the active state, the fluctuation of the detection value output in response to the output request from the outside is monitored, and the finger is placed The present invention provides a semiconductor fingerprint reading sensor having a function of starting the sensor device in an operating state after confirming that the detected value fluctuates.
一方、被検体が生体の指と判断された場合においても電気抵抗値(RX)と静電容量値(CX)の結果から、被験指の濡れ具合(あるいは乾燥具合)が判断できる。即ち、電気抵抗値(RX)が小さく、静電容量値(CX)が大きければ「濡れ」、その逆であればと「乾燥」と判断できる。 On the other hand, even when the subject is determined to be a living finger, the wetness (or dryness) of the test finger can be determined from the results of the electrical resistance value (R X ) and the capacitance value (C X ). That is, if the electrical resistance value (R X ) is small and the capacitance value (C X ) is large, it can be determined as “wetting”, and vice versa.
また、光学式指紋読取センサや静電容量検知方式の読取センサでは通常、被検指が濡れている場合は指紋画像の濃淡レベルは暗く、乾燥している場合、濃淡レベルは薄くなるが、計測された電気抵抗値(RX)、静電容量値(CX)に応じて採取指紋画像の濃淡条件を適切に調整することができる。この調節の際には、指紋画像の一部または全部を採取して画像の濃淡情報も合わせて総合的に判断、調節することもできる。 Also, with optical fingerprint reading sensors and capacitance detection type reading sensors, the density level of the fingerprint image is usually dark when the finger to be examined is wet, and the density level is light when the finger is dry. The density condition of the collected fingerprint image can be appropriately adjusted according to the electric resistance value (R X ) and the capacitance value (C X ). At the time of this adjustment, a part or all of the fingerprint image can be collected and the density information of the image can be comprehensively judged and adjusted.
そこで、本発明ではセンサ・デバイスに被検体が置かれた状態で、生体の指であると判定された後に、Rセンサから出力される値の大小および容量値センサから出力される値の大小を読みとって指の表面の「濡れ具合」または「乾燥具合」を判断し、その結果をフィードバックし、採取された指紋画像の濃淡情報が著しく濃い(一般的に指が濡れている時)か、または薄い(一般的に指が乾いている)場合、指紋の凹凸を読取るセンサを構成する各ピクセルに設けられた指の凹凸情報の信号増幅回路のゲインとアナログ・デジタル変換回路の上限、下限(オフセット)制御回路の特性値を最適な値に自動調節する機能を有する指紋読取りセンサを提供するものである。 Therefore, in the present invention, the magnitude of the value output from the R sensor and the magnitude of the value output from the capacitance sensor are determined after it is determined that the subject is a living body finger while the subject is placed on the sensor device. Read to determine the “wetness” or “dryness” of the finger surface, feed back the results, and the density information of the collected fingerprint image is extremely dark (typically when the finger is wet), or When thin (generally the finger is dry), the gain and loss of the signal amplification circuit and the upper and lower limits (offset) of the analog / digital conversion circuit of the finger unevenness information provided on each pixel that constitutes the sensor that reads the unevenness of the fingerprint ) A fingerprint reading sensor having a function of automatically adjusting a characteristic value of a control circuit to an optimum value.
指紋による本人確認を行う際に、指紋読取センサに置かれた被検体が間違いなく生体の指であること、或いは生体の指であった場合その濡れ具合等の指の状態を高い精度で判別するとともに、被検者の指の状態に合わせて指紋画像の読取り条件を自動調節することにより常に最適な条件で指紋画像を採取することが実現できる。 When performing identity verification using a fingerprint, the subject placed on the fingerprint reading sensor is definitely a living finger, or if it is a living finger, the finger status such as the wetness is determined with high accuracy. At the same time, by automatically adjusting the reading conditions of the fingerprint image according to the state of the finger of the subject, it is possible to always obtain the fingerprint image under the optimum conditions.
指紋読み取りセンサ・デバイスにおいて、指紋採取時に指紋センサ・デバイスに指が置かれた際、その指の電気抵抗値を検知するRセンサとその指の静電容量値を検知するCセンサ並びにそれら二つのパッドと対を成すグランド・パッドをモノリシックに配置し、前記Rセンサに付属する抵抗検知回路により、Rセンサのパットに接触している指の電気抵抗値(RX)を計測し、前記Cセンサに付属する容量検知回路により、Cセンサのパッドに接触している指の静電容量(CX)を計測し、計測された電気抵抗値(RX)と静電容量(CX)により被検体である指の真偽、或いは指の状態等を判定する領域を実際に指紋の凹凸を読取るセンサ領域以外の位置に具備する事を特徴とする半導体指紋読み取りセンサ。 In a fingerprint reading sensor device, when a finger is placed on the fingerprint sensor device during fingerprint collection, an R sensor that detects the electrical resistance value of the finger, a C sensor that detects the capacitance value of the finger, and the two A ground pad paired with a pad is monolithically arranged, and a resistance detection circuit attached to the R sensor measures an electrical resistance value (R X ) of a finger in contact with the pad of the R sensor, and the C sensor The capacitance detection circuit attached to the sensor measures the capacitance (C X ) of the finger in contact with the pad of the C sensor, and the measured electric resistance (R X ) and capacitance (C X ) A semiconductor fingerprint reading sensor comprising: a region for determining the authenticity of a finger as a specimen or a state of a finger at a position other than a sensor region that actually reads the unevenness of a fingerprint.
以下、本発明による半導体指紋センサの実施方法について図を参照して説明する。
図1は、半導体指紋読み取りセンサ3の上に指を当てて指紋を採取している情況を模式的に示したものである。この図1の例では、この半導体指紋読み取りセンサ3の指紋読み取り領域2の外で且つ上部に複数のRセンサとCセンサの配列を設けた領域1がある。
Hereinafter, a method for implementing a semiconductor fingerprint sensor according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 schematically shows a situation in which a fingerprint is collected by placing a finger on the semiconductor
この図で、4は半導体指紋読み取りセンサ3の制御回路部を示し、センサ・デバイスの外部との信号の接続端子列5がある。
領域1の中のRセンサとCセンサの構成要素14を図2に拡大して示す。図2は、半導体指紋読み取りセンサ3の指側にRセンサとCセンサの受感用パッドとして抵抗値を検知するPAD/R11と容量を検知するPAD/C12の間にグランドに接続されるパッド13が、並べて配置されている。
In this figure,
The
指がPAD/R11とグランド13にまたがって触れた状態で抵抗値RXが、指がPAD/C12とグランド13をまたがって触れた場合の容量値CXが、測定すべき目的の値になる。
The resistance value R X when the finger touches the PAD /
成人の指紋の谷線と隆線のピッチが約600μm程度である事を考慮して、各パッドの長さLは、1本以上の指紋の隆線が置かれるように数mm程度とし、パッドの幅H及びパッド間の幅を例えば200μmとする。ただし、このサイズは、後述する寄生容量を小さく抑える制約の中で選択される。図2に示されるような配列を持った構成要素14が、領域1の中に複数配列されている。
Considering that the pitch of valleys and ridges of adult fingerprints is about 600 μm, the length L of each pad is about several millimeters so that one or more fingerprint ridges can be placed. The width H and the width between the pads are set to 200 μm, for example. However, this size is selected within the constraint that the parasitic capacitance described later is kept small. A plurality of
領域1の中の構成要素14の断面図を図3に示す。図2および図3で、簡単のために指の大きさは、構成要素に比べて実際より大きく描かれていることに注意されたい。
A cross-sectional view of
この図3で、抵抗値を検知するPAD/R11の下層に抵抗検知回路21が、容量を検知するPAD/C12の下層に容量値を測定する容量検知回路22が夫々接続される。現実には、PAD/R11と抵抗検知回路との間に浮遊抵抗、PAD/C12と容量検知回路22との間に寄生容量CPが存在する。また、この図3では、各パッドがパシベーション膜層20の表面に配置されているように見えるが、実際には、パシベーション膜層20の表面より数μm下に配置されてもよい。
In FIG. 3, a
抵抗検知回路21と容量検知回路22の具体的な回路図をそれぞれ図4と図5に示す。
抵抗検知回路21は、被検体の抵抗値RXに対して既知の基準抵抗RSを設けた分圧回路で構成され、PAD/R11に被検体の指を置き、回路21には定められた周波数の印加電圧を加え、そのとき発生する指の電気抵抗値(RX)を既知の基準抵抗RSに対する分圧電圧を計測し、計測された電圧値は、基準電圧値Vref1を入力されたADコンバータ23によりデジタル化されてデジタル信号として出力される。
Specific circuit diagrams of the
次に図5に沿って容量検知回路22の測定原理について説明する。
容量検知回路22は、被検体の静電容量(CX)に対して既知の基準容量Csを設けた分圧回路で構成される。なお、この実施例では回路22には初期の充電用にコンデンサCcが設けられ、三つのスウィッチング素子(SW1、SW2、SW3)が設けられる。
Next, the measurement principle of the
The
表1は、容量検知回路22の一使用例である三つのスウィッチング素子(SW1、SW2、SW3)のオン・オフ(開閉)切換ステップ・シーケンスをさせた場合の回路22の動作を示すものである。
Table 1 shows the operation of the
この表によると、ステップ1では、電圧を印加するスウィッチング素子SW1をオフ(開く)し、残りの二つのスウィッチング素子SW2とSW3をオン(閉じる)状態にすることにより、容量検知回路22の上の全てのコンデンサの電荷をリセット・クリアー(放電)し、次にステップ2ではSW1をオン(閉じる)し、電荷を駆動すると共に、SW2とSW3をオフ(開く)状態にすることにより、コンデンサCCがチャージ(充電)される。ステップ3で、三つのスウィッチング素子をオフ(開く)状態にすることにより、CCにチャージされた電荷が移動し、二つのコンデンサCSとCXの容量に応じて蓄電される。この時の両コンデンサに掛かる電圧VSとVXの値は、容量に応じて分圧されるので、この値を計測する。チャージされた電荷は、ステップ4でリセット(放電)される。測定された電圧の値は、基準電圧Vref2を入力されたADコンバータ24によりデジタル化されてデジタル信号として出力される。
According to this table, in
図5に示された容量検知回路22のオン・オフ(開閉)切換ステップ・シーケンス(表1)による静電容量CXの測定方法は、コンデンサCCを用いた点において、類似の静電容量測定方法(例えば特許文献3)とは異なることに注意すべきである。すなわち、指紋の凹凸に応じた極く僅かな容量の変化を測定する目的では、特許文献3にあるように周期的な電圧を直接印加することは測定精度を著しく欠くことになるので、本願実施例では容量検知回路22に初期充電用のコンデンサCcを設けることにより、測定精度を高めるようにしている。また、コンデンサCCは本願実施例ではフィルターの役割も担うものである。
The method of measuring the capacitance C X by the on / off (open / close) switching step sequence (Table 1) of the
また、図5の容量検知回路22ではスウィッチング素子の制御回路部は簡単のために省略されている。
以上、回路の図4と図5からも判るように、この回路の構成要素はパッシブ素子のみから構成され至って単純な構成であるため、その実装は容易であり、しかも温度の変化に対しても基準電圧との相対値を用いるため影響を受けにくく、安定した動作と出力が保証される。
Further, in the
As can be seen from FIGS. 4 and 5 of the circuit, the components of this circuit are composed of only passive elements and are simple in construction, so that the mounting is easy, and even with respect to temperature changes. Since it uses a relative value with respect to the reference voltage, it is not easily affected, and stable operation and output are guaranteed.
この出力値RXとCXに基づき生体か否かの判断は、次のようにして行われる。
説明の簡単のために両検知回路のADコンバータ23と24からの出力を4ビットすなわち0〜15までの離散値を出力するものとし、この値の範囲を次のように3通りに分類する。すなわち、[0〜2]までを「非常に低い値」、[13〜15]までを「非常に高い値」、[3〜12]の範囲の値を「正常な値」と呼ぶ。この「正常な値」の範囲が一般に知られた生体の特性値に対応し、この範囲の中で環境条件に応じて変化しうる範囲を表すようにパラメータを調整する。
Based on the output values R X and C X , it is determined whether or not the subject is a living body as follows.
For simplicity of explanation, the outputs from the
出力値RXとCXとが、この範囲内に在り、定まった時間、例えば数百μ秒の間に一定値を取らず変動し、「RXの値が増加すれば、CXの値は減少する」あるいはその逆に「RXの値が減少すれば、CXの値は増加する」と言った具合に互いに逆の変化が起こる場合に被検体は生体と判断できる。
被検体が「生体の指」であると結論付けられた後に先の三つのデジタル出力値の範囲を更に細分して、指の状態に応じた指紋採取条件の自動調節を行う。
The output values R X and C X are within this range and fluctuate without taking a constant value for a fixed time, for example, several hundred μs. If the value of R X increases, the value of C X The subject can be determined to be a living body when changes opposite to each other occur, such as “If the value of R X decreases, the value of C X increases”.
After it is concluded that the subject is a “biological finger”, the range of the above three digital output values is further subdivided, and the fingerprint collection conditions are automatically adjusted according to the state of the finger.
被検体が「生体の指」であると結論付けられた指につても、測定値RXとCXの値の「正常な値」の範囲を[3〜5]、[6〜10]、[10〜12]の三段階に分ければ、Rxが[3〜5]、Cxが[10〜12]の範囲は指の状態は「湿った」状態にあり、Rxが[10〜12]、Cxが[3〜5]の範囲は指の状態は「乾燥した」状態にある。 For a finger that is concluded that the subject is a “biological finger”, the range of “normal values” of the measured values R X and C X is [3-5], [6-10], If it is divided into three stages [10-12], Rx is [3-5], Cx is in the range [10-12], the finger is in a “moist” state, and Rx is [10-12], When Cx is in the range of [3-5], the finger is in a “dry” state.
指による光源の反射、透過や散乱と言った所謂光学式指紋読取センサ又は指の静電容量及び電界検知式の指紋読取センサにより採取される指紋画像の濃淡情報によれば、指が「湿った」状態にある場合は、指紋画像の濃淡レベルは暗くなり、指が「乾燥した」状態にある場合は指紋画像の濃淡レベルは薄くなる傾向にある。 According to the density information of the fingerprint image collected by the so-called optical fingerprint reading sensor such as reflection, transmission or scattering of the light source by the finger or the capacitance and electric field detection type fingerprint reading sensor of the finger, When the finger is in the “dry” state, the tone level of the fingerprint image tends to be lighter.
指紋画像のセンシング機能に備わった指紋の凹凸の検知のためのセンサの感度を上下させることにより指紋画像の濃淡レベルを調整する事が可能となる。具体的には、光学式指紋読取センサの場合は、受光部の開閉またはシャッター速度の調整(特許文献1)、静電容量検知式指紋読取センサの場合は、増幅回路のゲイン及び容量のオフセットを調整することになる。 It is possible to adjust the density level of the fingerprint image by increasing or decreasing the sensitivity of the sensor for detecting the unevenness of the fingerprint provided in the fingerprint image sensing function. Specifically, in the case of an optical fingerprint reading sensor, the opening and closing of the light receiving unit or the adjustment of the shutter speed (Patent Document 1), and in the case of a capacitance detection type fingerprint reading sensor, the gain and capacitance offset of the amplifier circuit are set. Will be adjusted.
表2は、Rxが[3〜5]、Cxが[10〜12]、Rxが[10〜12]、Cxが[3〜5]における指紋画像の濃淡レベルと、この場合の静電容量検知式指紋読取センサの対応策を表したものである。 Table 2 shows the density level of a fingerprint image when Rx is [3 to 5], Cx is [10 to 12], Rx is [10 to 12], and Cx is [3 to 5], and capacitance detection in this case This shows a countermeasure of the fingerprint reader sensor.
すなわち、表2の測定結果が一列目のような場合、「湿った指」と判断される。この場合、実際に指紋画像を採取すると指紋画像の濃淡レベルは、「暗く」なっている。この画像の画質を改善するために、指紋の凹凸を読取るセンサを構成する各ピクセルに設けられた信号の増幅回路のゲインを小さくし、アナログ・デジタル変換回路のオフセット制御回路の限界値を広げることにより、全体の画質は正常に緩和される。
That is, when the measurement result of Table 2 is in the first row, it is determined as a “moist finger”. In this case, when the fingerprint image is actually collected, the shading level of the fingerprint image is “dark”. In order to improve the image quality of this image, the gain of the signal amplification circuit provided in each pixel constituting the sensor that reads the unevenness of the fingerprint is reduced, and the limit value of the offset control circuit of the analog / digital conversion circuit is increased. Thus, the overall image quality is alleviated normally.
この場合、自動調節の推移を正確に確認するために、実際に採取された指紋画像データの全部または一部を用いて画像の濃淡レベル・データの平均値及び標準偏差の値を合わせて自動調節に用いても良い。自動調節の具体的な方法の例としては、指紋画像の濃淡レベルの標準偏差の値を最小にするようにゲインとオフセットの値を線形計画法(リニアプログラミング)により最適化することができる。 In this case, in order to accurately check the transition of automatic adjustment, all or part of the actually collected fingerprint image data is used to automatically adjust the grayscale level data average and standard deviation values. You may use for. As an example of a specific method of automatic adjustment, the gain and offset values can be optimized by linear programming so as to minimize the standard deviation value of the gray level of the fingerprint image.
以上、説明したように、本発明によれば、指紋による本人確認を行う際に、指紋読取センサに置かれた被検体が間違いなく生体の指である事を高い精度で判別するとともに、被検者の指の状態に合わせて指紋画像の読取り条件を自動調節することにより常に最適な条件で指紋画像を採取する小型で低コストの半導体指紋読取りセンサを提供することが実現できる。 As described above, according to the present invention, when performing identity verification by fingerprint, it is determined with high accuracy that the subject placed on the fingerprint reading sensor is definitely a finger of a living body, and the subject is examined. It is possible to provide a small-sized and low-cost semiconductor fingerprint reading sensor that always collects a fingerprint image under optimum conditions by automatically adjusting the reading conditions of the fingerprint image according to the state of the person's finger.
1は半導体指紋読み取りセンサ上の指の抵抗及び容量センサ領域
2は半導体指紋読み取りセンサ上の指紋の凹凸のセンサ領域
3は半導体指紋読み取りセンサ
4は半導体指紋読み取りセンサの制御回路部
5は半導体指紋読み取りセンサの外部との信号の接続端子列
11はRセンサのパッド
12はCセンサのパッド
13はRセンサ、Cセンサのグランド・パッド
14は領域1の中のRセンサとCセンサの構成要素
20はパシベーション膜層
21は電気抵抗検知回路
22は静電容量検知回路
23は電気抵抗値のアナログ・デジタルコンバータ
24は静電容量値のアナログ・デジタルコンバータ
RXはRセンサのパッドに接触している指の電気抵抗値
RSは既知の基準抵抗
CXはCセンサのパッドに接触している指の静電容量
Ccは初期の充電用に設けられたコンデンサの静電容量
SW1、SW2、SW3は容量検知回路のスウィッング素子
Claims (6)
Even when the sensor device is in a low power mode standby state, the resistance value sensor is kept in an active state, the fluctuation of the detection value output in response to an output request from the outside is monitored, and the subject is placed. 2. The semiconductor fingerprint reading sensor according to claim 1 , further comprising a function of starting the sensor device in an operating state after confirming that the detected value fluctuates.
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