JPH09231346A - 安全性の強化された指紋センサパッケージとその製造方法 - Google Patents

安全性の強化された指紋センサパッケージとその製造方法

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JPH09231346A
JPH09231346A JP9008967A JP896797A JPH09231346A JP H09231346 A JPH09231346 A JP H09231346A JP 9008967 A JP9008967 A JP 9008967A JP 896797 A JP896797 A JP 896797A JP H09231346 A JPH09231346 A JP H09231346A
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ダブリュ マッカリー カール
Steven D Wilson
ディー ウィルソン スティーブン
Dale R Setlak
アール セトラク デイル
Vonno Nicolaas W Van
ダブリュ ファン ヴォノ ニコラス
Charles L Hewitt
エル ヒューイット チャールズ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は不正な操作を防止する指紋センサパ
ッケージの提供を目的とする。 【解決手段】 指紋センサパッケージは、不正防止筐体
と、筐体内に取付けられた指紋センサと、筐体内に取付
けられ、指紋センサに動作的に接続され、検知された指
紋と関係した暗号化された出力信号を発生させる暗号化
出力回路とを含む。パッケージは、指紋センサと暗号化
出力回路との間に動作的に接続されたプロセッサと、基
準指紋情報を記憶する基準指紋メモリとを含む。プロセ
ッサは検知された指紋が記憶された基準指紋と適合する
かどうかを判定し得る。除去回路が不正に応じて基準指
紋記憶手段から基準指紋情報を除去するため設けられ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、個人識別及び照合
の分野に係り、特に、指紋の検知及び処理の分野に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】指紋の検知及びマッチングは、個人識別
又は照合のため信頼性が高く、広く使用される技術であ
る。指紋識別の一般的な方式は、サンプル指紋又はその
画像を走査し、その画像及び／又は指紋画像の固有の特
徴量を記憶することによる。サンプル指紋の特徴量は、
照合目的のため、適切な個人の同一性を判定すべく既に
記憶中の基準指紋の情報と比較される。
【０００３】典型的な電子指紋センサは、可視光、赤外
光、又は超音波放射を用いて指の表面を照明することに
基づく。反射されたエネルギーは、例えば、ある種のカ
メラで捕捉され、得られた画像は、安全なアクセスの応
用のため中央処理ステーションと協働する光学走査式指
紋読み取り器を開示する米国特許第４，２１０，８９９
号明細書に記載されているように、フレーム化、ディジ
タル化され、静止ディジタル画像として記憶される。米
国特許第４，５２５，８５９号明細書には、指紋画像を
捕捉するビデオカメラが開示され、基準指紋のデータベ
ースとのマッチを判定するため、指紋の詳細、即ち、指
紋の隆起の枝及び末端が使用される。
【０００４】光学式検知は汚れた指による影響を受け、
或いは、光学式センサは、本当の生の指紋ではなく指紋
の写真又は印刷画像の提示により欺かれる場合がある。
許容可能な指紋画像の形成に失敗した場合に、米国特許
第４，９４７，４４３号明細書には、潜在的なシステム
の識別失敗の中で特に指紋走査の許容性の簡単な異状な
し又は異状ありの標示をユーザに与える一連の標示光が
記載されている。換言すれば、従来の指紋センサの別の
欠点は、センサに対する不正確な指の位置は、処理装置
がサンプル指紋と複数の基準指紋との間のマッチを正確
かつ速く判定する能力を低下させることである。
【０００５】米国特許第４，３５３，０５６号明細書に
は、生の指紋を検知する別の方式が開示されている。特
に、装置の検知表面と平行な平面にある非常に小さいキ
ャパシタの配列が記載されている。指が検知表面を触
り、その表面を変形させたとき、キャパシタの直列結合
内の電圧分布は変化する。各キャパシタ上の電圧はマル
チプレクサ技術により判定される。
【０００６】米国特許第５，３２５，４４２号明細書
は、複数の感知電極を含む指紋センサを開示する。感知
電極の有効アドレシングは、各感知電極と関係した開閉
装置の提供により可能になる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、光学
式、超音波式又は容量式の従来の指紋センサのリード線
及び内部部品は、間違った許可信号を機器の関連部に送
信するように不正操作されるので、センサは、たとえ正
確かつ高信頼性であっても、指紋センサにより保護され
るよう意図された機器又は領域へのアクセス又は侵入を
行うため容易にバイパスされるという従来の指紋センサ
の欠点を解決することである。
【０００８】本発明の目的は、指紋を正確に検知し、頑
丈、小形、高信頼性かつ比較的安価な指紋センサ及び関
連した方法を提供し、かつ、バイパス又は不正の企てに
抵抗力のある安全な指紋センサパッケージ又はモジュー
ル及び関連した方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】好ましくは、指紋センサ
パッケージは、指紋センサと暗号化出力手段との間に動
作的に接続されたプロセッサを含む。更に、パッケージ
は、基準指紋情報を記憶する基準指紋記憶手段を有す
る。従って、プロセッサは、好ましくは、検知された指
紋が記憶された基準指紋と適合するかどうかを判定する
基準指紋マッチング手段により構成される。記憶された
基準指紋情報の安全性を更に高めるため、センサパッケ
ージは、好ましくは、不正に応じて、基準指紋記憶手段
から基準指紋情報を除去する除去手段を更に有する。
【００１０】指紋センサは、好ましくは、近接した指を
受容する外側表面部を有する集積回路よりなる方がよ
い。筐体には、好ましくは、集積回路の外側表面部と位
置合わせされた開口部が貫通する。封止手段は、好まし
くは、集積回路の外側表面部と近接した筐体部との間の
中間面を封止するため設けられる。封止手段は、中間面
を覆う封止材料のビードにより設けられる。封止手段
は、成形されたプラスチック材料の周囲の層と、集積回
路の近接部との間に形成された密閉シールにより設けて
もよい。
【００１１】集積回路は、指の接触によるような汚れに
耐性のある最も外側の窒化珪素層からなる。更に、集積
回路は、強化された耐磨耗性のため炭化珪素及びダイヤ
モンドの一方を含む最も外側の層を有する。本発明は、
不正防止力のある筐体と、上記筐体の取付けられた指紋
センサと、上記筐体内に取付けられ、上記指紋センサに
動作的に接続され、検知された指紋に関係する暗号化さ
れた出力信号を発生させる暗号化手段と、上記指紋セン
サと上記暗号化手段との間に動作的に接続されたプロセ
ッサとからなる指紋センサパッケージを含む。
【００１２】指紋センサを含むタイプの指紋センサパッ
ケージを製造及び安全に動作させる方法は有利である。
上記方法は、好ましくは、指紋センサを不正防止性筐体
内に取付ける段階と、上記指紋センサから検知された指
紋に関係する暗号化された出力信号を上記不正防止性筐
体内で発生させる段階とからなる。上記方法は、基準指
紋情報を上記筐体内部に記憶する段階と、検知された指
紋が記憶された指紋と適合するかどうかを上記不正防止
筐体内で判定する段階とを更に有する。従って、更なる
安全性の強化のため、上記方法は、不正に応じて、基準
指紋情報を不正防止性筐体内部から除去する段階を更に
有する。
【００１３】本発明は、指紋センサを有するタイプの指
紋センサパッケージを製造及び安全に動作させる方法を
更に含む。上記方法は、上記指紋センサを不正防止性筐
体内に取付ける段階と、上記指紋センサから検知された
指紋に関係する暗号化された出力信号を上記不正防止性
筐体内に発生させる段階と、基準指紋情報を上記筐体内
部に記憶する段階と、検出された指紋が記憶された基準
信号と一致するかどうかを上記不正防止性筐体内で判定
する段階とからなる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施例を説明する。同じ参照番号は同じ素子を表わ
す。種々の形状、特に、図中の指及び層の縮尺は、説明
の簡単化のため誇張されている。図１乃至図３を参照し
て、最初に指紋センサ３０を説明する。図示されたセン
サ３０は、筐体又はパッケージ５１と、指の配置表面を
提供するパッケージの上部表面に露出した誘電体層５２
と、複数の信号伝導体５３とを含む。誘電体層５２の周
辺を取り囲む伝導性の小片又は電極５４は、以下に詳細
に説明するように指の接触電極を提供する。センサ３０
は、パッケージに組み込まれた処理のレベルに依存した
精巧なレベルの範囲の出力信号を供給する。
【００１５】指紋センサ３０は、個人識別又は照合の目
的のため使用される。例えば、センサ３０は、キーボー
ド３６と付随した折りたたみ式表示スクリーン３７とを
含むノートブックコンピュータ３５（図１）のようなコ
ンピュータワークステーションにアクセスを許可するた
め使用される。換言すれば、ノートブックコンピュータ
の情報及びプログラムに対するユーザのアクセスは、所
望の指紋が最初に検知されたときに限り許可される。
【００１６】特に、図２を参照して指紋センサ３０の別
の応用を説明する。センサ３０は、コンピュータ情報シ
ステム４０の一定のワークステーション４１に対するア
クセスを許可又は拒絶するため使用される。システム
は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）４２により
接続された複数のワークステーション４１を含み、ロー
カルエリアネットワーク４２は、指紋識別サーバ４３
と、総合的な中央コンピュータ４４とに接続される。
【００１７】図４乃至図１０を参照するに、センサ３０
は、おそらく図４及び図５に最も良く示されているよう
に、配列パターンに配置された複数の個別の画素又は感
知素子３０ａを含む。感知素子は非常に小さいので、典
型的な指紋の尾根５９及びその間にある谷６０（図４）
を検知し得る。電界センサ３０から得られるような生の
指紋の読み取り値は、尾根及び谷のパターン状の指の皮
膚の伝導を模擬することが非常に困難であるため、光学
式検知よりも信頼性が高い。一方、例えば、容易に準備
された写真又は指紋の他の類似画像により光学式センサ
を欺くことが可能である。
【００１８】センサ３０は、基板６５と、基板上の１層
以上の活性半導体層６６とを含む。接地面電極層６８
は、活性層６６の上にあり、絶縁層６７により活性層か
ら隔離される。駆動電極層７１は、他の誘電体層７０の
上にあり、励起駆動増幅器７４に接続される。励起駆動
信号は、典型的に、約１ｋＨｚ乃至１ＭＨｚの範囲内に
収まり、配列の全体に亘ってコヒーレントに伝達され
る。従って、駆動又は励起電極は、かくして、比較的に
単純化され、かつ、センサ３０の全体のコストは低下さ
せられ、一方、信頼性は向上する。
【００１９】別の絶縁層７６は駆動電極層７１の上にあ
り、例えば、円形状の感知電極７８は絶縁層７６の上に
ある。感知電極７８は、概略的に図解されているよう
に、活性層６６に形成された感知電子部品７３に接続し
てもよい。角張った形状のシールド電極８０は、隙間の
ある関係で感知電極７８を取り囲む。感知電極７８及び
その周囲のシールド電極８０は、例えば、画素又は感知
素子３０ａの接近して詰め込まれた配置又は配列を容易
に実現するため、六辺形のような他の形状でもよい。シ
ールド電極８０は、電界エネルギーの集中を助け、更
に、これにより、近接した電極の駆動の必要性を低減さ
せるため、増幅器回路７３の出力の一部により駆動され
た活性シールドである。従って、各感知素子が個別に駆
動されることが要求された従来技術のセンサとは明らか
に対照的に、センサ３０は全ての感知素子がコヒーレン
ト駆動信号により駆動されることを可能にさせる。
【００２０】図８乃至図１０は、間隔ｄ１の感知電極７
８との間に第１の電界を発生させ、間隔ｄ２の感知電極
７８と指の表面７９との間に第２の電界を発生させる励
起電極７１に関係する。即ち、第１のキャパシタ８３
（図９）は励起電極７１と感知電極７８との間に画成さ
れ、第２のキャパシタ８５は指の皮膚７９と接地との間
に画成される。第２のキャパシタ８５の容量は、感知電
極７８が尾根又は谷のどちらに近接するかに依存して変
化する。従って、センサ３０は容量性分圧器としてモデ
ル化できる。単位利得の電圧フォロワ又は増幅器７３に
より検知された電圧は、間隔ｄ２が変化すると共に変化
する。
【００２１】一般的に言うと、感知素子３０ａは、非常
に低電流及び非常に高インピーダンスで動作する。例え
ば、各感知電極７８からの出力信号は、ノイズの影響を
軽減し、かつ、更なる信号の処理を行うため、約５乃至
１０ミリボルトが望ましい。シールド電極８０の外径に
より画成されるような各感知素子３０ａの近似的な直径
は、約０．００２乃至０．００５インチである。励起誘
電体層７６及び表面誘電体層５４は、約１μｍの範囲の
厚さを有することが望ましい。接地面電極６８は、励起
電極７１から活性電子装置をシールドする。比較的厚い
誘電体層６７は、上記二つの構造の間の容量を低下さ
せ、これにより、励起電極を駆動するため必要とされる
電流を低下させる。電極７８、８０用の伝導体を通して
活性電子回路に伝えられる種々の信号は、当業者により
理解されるように容易に形成される。更に、例示された
信号の極性は容易に反転させることが可能である。
【００２２】センサ３０の接触又は感知表面の全体は、
縦横の寸法が約０．５インチずつであることが望まし
く、この寸法は製造が容易であり、かつ、正確な指紋検
知及び照合のため十分に大きい表面が得られる。本発明
によるセンサ３０は、作動しない画素又は感知素子３０
ａをかなり許容する。典型的なセンサ３０は、縦横が約
２５６個ずつの画素又は感知素子の配列を含むが、本発
明によれば、他の配列の寸法も考慮されている。センサ
３０は、製造コストを著しく低下させるため、主とし
て、従来の半導体製造技術を用いて同時に製造される。
【００２３】図１１を参照するに、指紋センサ３０を含
む装置９０の機能的な分割が示される。指紋センサ装置
９０は、指紋の一つ以上の変位を検知し、画像表示のト
リガを与え、アナログ・ディジタル変換を行い、完全な
画像の捕捉及び画像の完全な判定を行い、コントラスト
の強調及び正規化を行い、画像の２値化を行うよう構成
される。例示された実施例において、センサ３０は、イ
ンタフェース９１を介して、並列プロセッサ及びメモリ
配列９２と、制御プロセッサ９３とに接続される。並列
プロセッサ９２は、画質及び不適当なブロックの判定を
行い、エッジ強調と、平滑化及び細線化とを行い、尾根
のフローベクトルを発生させ、ベクトルを平滑化し、指
紋マッチングに要望されるような尾根のフロー特徴量を
発生させ、指紋の中心を割り出し、曲率を発生、平滑
化、除去し、詳細な識別を行う。例示された制御プロセ
ッサ９３は、詳細な位置合わせ及びマッチング、詳細な
記憶、認証コードの発生、及び、例示されたインタフェ
ース９４を介したホストとの通信を行う。例示された局
部不揮発性メモリ９５は、装置９０に収容される。
【００２４】図１１の装置９０の一変形例は、図１２に
示された装置１００である。この実施例は、センサと処
理電子部品の２チップのバージョンを示している。装置
１００は、局部メモリバスインタフェース９９を介して
接続されたセンサチップ９６と認証器チップ９７とを含
む。走査制御プロセッサ９８は例示された図１２の実施
例に含まれる。図１２の装置の残りの部分は図１１の装
置と同じである。
【００２５】センサ３０から検出された信号の復調及び
前処理は、図１３及び図１４を参照して理解される。例
示された回路１１０及び１２０は、交流励起を用いるこ
とが望ましい。更に、センサ上の電圧の振幅は、局部接
地面からの変位に比例するので、信号は更なる使用の前
に復調されなければならない。図１３には、Ａ／Ｄ変換
処理を並列に管理するための制御を可能にさせる局部比
較器１１２が示されている。プロセッサは、基準電圧の
系列を、画素又は感知素子３０ａの行又は列の全体に与
え、ラインSIG 0 上の変化を監視することができる。当
業者により容易に理解されるように、最初、大きい刻み
幅で進み、次に、より狭い範囲を徐々に細かい刻み幅で
進む連続的な近似変換が実現される。出力SIG 0 は、２
値のバス接続でもよく、一方、出力SIG A は、アナログ
基準電圧発生回路の一部として使用可能な復調されたア
ナログ信号である。
【００２６】図１４の回路１２０は、局所に制限された
コントラスト強調を全てのセンサユニット又は画素に対
し同時に行う記憶装置を有する。上記計算は、判定素子
としてアナログ比較器１１２を使用する。２値化された
出力画像は、例示されたラッチ１１３により設けられた
２値シフトレジスタからシフトされ出力される。或い
は、当業者により容易に理解されるように、出力画像
は、従来のメモリ配列アドレッシングと共に読み出され
る。回路１２０は、固有の局部メモリを有するので、画
素データを記憶するため別個のバッファの組を必要とし
ない。
【００２７】皮膚の伝導性及び汚れの変化は、電界信号
のシフトを生じさせる。従って、図１３及び図１４の処
理電子回路１１０、１２０は、好ましくは、回路全体が
このような伝導性の変化に対し低い感度を有するように
同期復調器又は検出器１１１を含む。配列部内のセンサ
ユニット又は画素３０ａの相互接続は、図１５に概略的
に示される。図示された列データ転送ライン１２１、行
データ転送ライン１２２、及び比較器基準ライン１２３
は、センサユニット３０ａの配列に接続されている。相
互接続は、望ましくは、縦横が８バイトずつのセンサユ
ニットのブロックにより形成されるが、本発明により他
の構造を考慮することができる。
【００２８】プロセッサ回路は図１６及び図１７を参照
して理解される。図１６の回路１３０は電荷結合デバイ
ス（ＣＣＤ）シフトレジスタ１３１を含み、電荷結合デ
バイスシフトレジスタ１３１は複数の個別のシフトレジ
スタ１３５を含む。シフトレジスタ１３１は、画像信号
処理を容易に行うためタップされた遅延ラインとして機
能する。レジスタ１３５は、図示されたブロックプロセ
ッサ１３４の制御下で動作させられた夫々のＡ／Ｄ変換
器１３２に入力を供給する。感知増幅器の出力は、画素
の１行あたりに１個のシフトレジスタでＣＣＤアナログ
シフトレジスタ１３５に接続される。データの行は、レ
ジスタからシフトされ、能動変換装置としての機能を行
う何れかのＡ／Ｄ変換器１３２に出力される。各画素
は、変換器に達すると共に、８ビットのディジタル語に
変換される。変換器の処理と、アナログからディジタル
への基準電圧は、ブロックプロセッサの制御の下にあ
り、各ブロックプロセッサは、例えば、各プロセッサあ
たりに１６行のような１行以上の行を制御する。制限さ
れた程度の動的コントラスト補償は、基準電圧をスケー
ル処理するため、前の画素変換からのデータを使用する
ことにより実現されるが、重要な下流方向のディジタル
画像処理が依然として要求される。
【００２９】図１７の回路１４０は、図１６の回路と類
似している。図１７において、比較器１４１は、当業者
により容易に理解されるように、例示されたブロックプ
ロセッサ１３４の制御下で動作する。図１８を参照する
に、上記回路の一実施例１５０は、図１１に示された実
施例と類似している。図１８の回路１５０は、例えば、
縦横１６個ずつのセンサユニット又は画像セル３０ｂを
含み、画像セル３０ｂは、例示された行選択データ入力
マルチプレクサ１５１、列選択バスドライバ１５３、及
び、比較器基準電圧分圧器１５２とにより選択的にアド
レス指定され、読み出される。画像が電界感知電極から
捕捉された後、ディジタル化された指紋の形状が画像か
ら抽出される。図１８には、ディジタル信号プロセッサ
９２のバンクに接続されたセンサの平面図が示されてい
る。上記例の場合に、１２８×１２８の画素配列は、１
６×１６の画素セル３０ｂの配列に分割され、各画像セ
ルは８×８の画素配列から形成される。
【００３０】各画像セル３０ｂは、セル全体のために機
能する単一の比較器基準ラインを有する。セル３０ｂが
走査されたとき、並列プロセッサの中の１台は、セル３
０ｂのための基準電圧を管理し、そのセル内の全てのセ
ンサに対しディジタル化された信号を記録する。セル３
０ｂ内のセンサを走査する処理の間に、プロセッサは、
上記セル内の尾根のフロー方向の予備の評価を発生させ
るため、セルからのデータを同時に相関させる。例示さ
れた実施例において、制御プロセッサ９３は、センサ信
号の走査及びディジタル化を制御し、特徴抽出及びマッ
チング機能を行う並列プロセッサ９２のバンクを管理す
る。他の例示された部品は、図１１を参照して説明され
た部品と類似する。
【００３１】図１９を参照するに、指紋の細部処理のパ
イプライン方式の実現のため使用されるような４×４の
プロセッサマトリックス回路１８０が図示されている。
回路１８０は、プロセッサ１８４の配列と、センサ配列
入力／出力部１８１と、不揮発性メモリインタフェース
１８３と、例示された多重プロセッサ配列クロック及び
制御ユニット１８２とを含む。例示された回路１８０
は、検知された指紋と、基準指紋の中の一つとの間の一
致を判定するため、指紋の固有の細部を識別し、かつ、
位置を見つけるべく使用される。換言すれば、プロセッ
サ１８４は、識別処理を完了するため、予め記憶された
基準細部の組に対し細部をマッチさせる。肯定的な識別
が行われたとき、例えば、回路１８０は、適当な暗号化
されたメッセージをホストプロセッサインタフェースを
介して送ることにより外部プロセッサに通知する。
【００３２】一般的に、指紋の全領域に亘って指紋の尾
根と谷との間の十分なコントラストを保証することが必
要である。図２０の回路１６０は、画素３０ａの配列の
動的なコントラスト強調を与えるため複数の相互接続形
抵抗１６２を含む抵抗性回路網又はマトリックス１６１
を概略的に示している。近接した画素の影響は、十分な
コントラストを与えると同時に各画素の出力を正規化す
るため使用される。上記回路は、強調されたコントラス
ト出力信号を与える１対の増幅器１６３、１６４を含
む。
【００３３】各画素の値は、センサ信号を、ブロック基
準信号と、近接した領域内の全てのセンサからの重み付
けられた信号の平均とを加算する基準信号と比較するこ
とにより判定される。方形の抵抗性グリッド又はマトリ
ックスは、同時に各画素比較器に必要な重み付けられた
平均を与える。全体的なブロック基準ライン１６５は、
好ましくは、階段状の波形で駆動され、一方、比較器の
出力は状態の変化が監視される。各画素のグレースケー
ル値は、階段の何れの段が上記画素の状態を変化させる
かを見つけることにより判定される。
【００３４】動的なコントラスト強調の一変形例は、図
２１の回路１７０を参照して理解される。動的なコント
ラスト強調はキャパシタ１７１の配列１７２により実現
される。上記実施例において、配列１７２は、詳細に説
明した同期復調器１７５から得られた交流信号を受け
る。キャパシタ１７１は、直流信号用の抵抗性回路網１
６１（図２０）の挙動に類似した形式で交流信号を伝送
及び平均化する交流インピーダンス回路網としての機能
を行う。交流コントラスト強調回路１７０において、他
の実施例では復調器回路の一部をなすローパスフィルタ
処理は、比較器１７７の回路部分に移される。キャパシ
タ配列１７２は、従来の半導体処理技術を用いて容易に
実現され、抵抗配列の実現例よりもかなり小さい寸法が
得られる利点がある。
【００３５】抵抗マトリックス回路１６０及びキャパシ
タマトリックス回路１７０は、画像コントラスト強調の
ための重み付けを提供する。他の方式は、完全に処理す
るには非常に長い時間を要する下流のソフトウェアを介
してかかる強調を行うことである。従って、抵抗マトリ
ックス及びキャパシタマトリックス配置は、全体的な処
理速度を高める。更に、かかるセンサ３０の予備処理
は、ある実施例において、Ａ／Ｄ変換器を８ビットのＡ
／Ｄ変換器から１ビットの変換器に軽減させ、同時に、
非常に低いコストで高い速度を提供する。例えば、指紋
画像の処理及びマッチの判定は、ユーザのフラストレー
ションを防止するため、ある種の応用に対し数秒しか要
しないことが望ましい。
【００３６】図２２を参照するに、センサ３０は安全な
センサパッケージ１９０内に収容された本発明の他の面
が記載されている。センサ３０は、チップ又はその電気
接続部に応力を加える撓み又は移動を防止するよう取付
けられることが望ましい。特に、パッケージの全体は、
不正防止筐体１９１を含む。例えば、筐体１９１は、強
固であり、切断、磨耗又は鋸引きに対する抵抗力のある
硬質プラスチック材料又は金属から形成される。或い
は、筐体１９１は、切断、分解、又は、他の侵入の形態
が試みられたならば、内部回路部品を砕き、又は、破壊
する材料でもよい。
【００３７】センサパッケージ１９０は、例示された基
板１９５、プロセッサ１９２、破壊可能メモリ１９８、
及び暗号化出力回路１９４を含む。特に、暗号化出力回
路１９４は、意図された下流の装置だけにより暗号解読
される出力信号を与える。米国特許第４，１４０，２７
２号、第５，３３７，３５７号、第４，９３３，０６８
号及び第５，４３６，９７２号明細書は、暗号化の種々
の解決法を開示している。
【００３８】センサパッケージ１９０の出力は、当業者
により容易に理解されるように、導電性リード線又はピ
ンを介して関連した下流の暗号解読機器に通知され、或
いは、関連した機器に誘導的又は光学的に結合される。
当業者により容易に理解されるように、メモリ１９３に
記憶された指紋のデータベースのようなデータが外部接
続装置及び／又は信号操作により容易に読めないことを
保証するため、電気的又は他のタイプの保護が暗号化さ
れた出力部に設けられる。
【００３９】センサ３０及びプロセッサ１９２は、あら
ゆる範囲の一体的なセンサ処理特徴を与えるように構成
される。例えば、暗号化された出力は、生の画像、処理
された画像、指紋の詳細データ、マッチの合否の標識、
又は、個人識別及びディジタル署名の鍵である。例示さ
れたセンサパッケージ１９０は、センサ３０の上部誘電
体層５２と、筐体１９１の隣接部との間にある中間面の
封止材料のビード１９６を含む。本発明によれば、望ま
しくは、露出した誘電体層と近接した筐体部との間の中
間面に耐流体封止を与える他の封止配置も考慮される。
更に、ウィンドウを定期的に清掃し、その汚れを除去す
るため除去液体が使用される。イソプロピルアルコール
のような種々のアルコールが洗浄液として使用される可
能性が高いので、筐体１９１及び封止ビード１９６は、
かかる化学薬品に耐性のあることが望ましい。
【００４０】別のセンサパッケージ２２０が示された図
２３を参照して、本発明の集積回路パッケージに関する
問題及び解決法を説明する。当業者により容易に理解さ
れるように、指紋センサ集積回路は、走査される指によ
って触られる必要があるので、特別のパッケージングの
困難さが生じる。典型的には、従来の集積回路製造によ
る集積回路への接触は、幾分汚れを生じる可能性がある
ので、回避することが望ましい。問題の主要な汚れは、
ナトリウム及び他のアルカリ金属である。上記汚れは、
典型的に集積回路を皮膜で保護するため使用されるＳｉ
Ｏ2 層に移動性イオンを生じさせる。結果として生じた
酸化電荷は、特に、ＭＯＳ技術のデバイス特性を劣化さ
せる。
【００４１】移動性イオンの汚れを制御する従来の一つ
の方法は、集積回路上の燐がドープされた保護膜層と共
に封止パッケージングを使用することである。燐のドー
プ処理は、当業者により容易に理解されるように、トラ
ップ機構により汚れの移動性を低下させる。プラスチッ
クパッケージングは、より広まり始め、窒化珪素の保護
膜層はプラスチックパッケージングと共に使用される。
窒化珪素は、ユーザの指と集積回路との間の直接的な接
触を許容するため、汚れの浸透性を著しく低下させる。
従って、窒化珪素は、好ましくは、本発明に従って指紋
センサの保護層として使用される。
【００４２】本発明のような指紋センサは、幾つかの固
有のパッケージング要求を生じさせる。即ち、パッケー
ジは、指とセンサのダイとの接触を可能にさせるため開
く必要があり、パッケージは、乱暴な使用に耐えるため
物理的に強くなければならず、パッケージとダイは、洗
浄剤及び／又は消毒液による洗い落としを含む繰り返し
の清掃に耐え得る必要があり、ダイは、広範囲の有機及
び無機汚染物との接触に耐え得る必要があり、かつ、磨
耗に耐え得る必要があり、最終的にパッケージングは比
較的低価格でなければならない。
【００４３】図２３に示されたパッケージ２２０は、上
記のパッケージングの問題を扱う。パッケージ２２０
は、パッケージの周囲のプラスチック材料１９１の射出
成形の間にリードフレーム２２３に接続された金属パド
ル上に取付けられた集積回路のダイ２２１を含む。接続
は、当業者により容易に理解されるように、外側に延在
するリード線２２８への接合ワイヤ２２７及びリードフ
レーム２２３により形成される。プラスチック筐体の上
側表面は、ダイ２２１への接触を可能にさせる一体的に
成形された開口部５２を含む。プラスチック成形組成
物、隣接したダイの上側表面との間の接着は、上記実施
例の場合にシールを生成する。
【００４４】集積回路のダイ２２１は、上記の理由のた
め、窒化珪素の保護膜層２２４を更に有する。更に、例
示されたセンサパッケージ２２０に示されているよう
に、ダイ２２１は第２の保護膜２２５が設けられる。各
保護膜２２４、２２５は、センサの感度を維持するた
め、好ましくは、約１マイクロメートルのオーダーのよ
うにかなり薄い。外側の膜２２５は、耐磨滅性及び物理
的保護に利点が得られるポリイミド又はＰＴＦＥ（テフ
ロン（登録商標））のような有機材料でもよい。炭化珪
素又はアモルファスダイヤモンドのような無機膜は、外
側層２２５に使用され、特に、研磨粒子に対する耐磨耗
性を非常に強化する。更に、保護性のダイの膜２２５の
材料は、例えば、接合パッドのエッチングを行うため、
標準的な集積回路パターン画成方法と互換性のあること
が好ましい。
【００４５】集積回路のダイ２２１上の接合パッドは、
アルミニウムにより設けてもよい。おそらくより好まし
い別の解決法は、電気めっきにより提供されるような金
のプラグでパッドを封止する。ループ状の接合ワイヤ２
２７により作成された高さを低下させるため、図示しな
い別の実施例において、ダイ２２１は、直接的にフリッ
プチップ接合させてもよい。他の実施例のセンサパッケ
ージ２２０は、テープ自動接合技術を用いて製造され
る。
【００４６】図２２を再度参照するに、センサパケージ
１９０は、メモリ１９８及び／又は他の集積回路部品
が、例えば、筐体１９１の侵害後に破壊又は安全にされ
るように造られる。膜が溶解して除去されたならば、ダ
イの破壊を生じる材料の膜１９３が集積回路のダイに塗
布される。メモリ１９３は、光に晒されたとき、又は、
持続電流の除去後に、その内容を自己破壊又は空にす
る。当業者は、センサパッケージ１９０のデータ及び処
理能力の完全さを確保する別の解決法を容易に認めるで
あろう。従って、本発明によれば、認証された指紋、暗
号化鍵、又は、認証コードのデータベースのような機密
性のデータがセンサパッケージ１９０から盗み取られな
い。更に、センサパッケージ１９０は、詳細に説明され
るように電界センサ３０を組み込むことが望ましいが、
安全なセンサパッケージと共に別のセンサを収容するこ
とも考慮される。
【００４７】センサ３０の種々の実施例及びその関連し
た処理回路は、多数の従来の指紋マッチングアルゴリズ
ムを実現する。指紋の詳細部、即ち、枝又は分岐、及
び、指紋の尾根の端点は、サンプル指紋と基準指紋デー
タベースとの間の適合を判定するため屡々使用される。
かかる詳細部のマッチングは、処理回路により容易に実
現される。例えば、米国特許第３，８５９，６３３号及
び第３，８９３，０８０号明細書は、指紋の詳細部のマ
ッチングに基づく指紋識別に向けられている。米国特許
第４，１５１，５１２号明細書は、抽出された尾根の輪
郭データを使用する指紋分類方法を開示する。米国特許
第４，１８５，２７０号明細書は、詳細部に基づく符号
化及び照合の処理を開示する。米国特許第５，０４０，
２２４号明細書は、後の詳細部パターンによるマッチン
グのため、各指紋画像の核の位置を正確に決めるべく、
指紋を前処理する方法を開示する。
【００４８】図２４乃至図２６を参照して、本発明の他
の重要な面を説明する。本発明の上記センサ３０及び関
連した回路により与えられるかなり高速かつ有効な指紋
画像の処理のため、ユーザは、例示された電界センサ３
０のような指紋センサ上の自分の指の位置に関する略実
時間のフィードバックが得られる。従って、ユーザは、
自分の指を早く、かつ、正確に再位置決めし、自分の同
一性が正確に判定された後、意図した仕事を適当に進め
ることができる。従来、例えば、米国特許第４，９４
７，４３３号明細書に記載されているように単純な異状
なし又は異状ありの標示しかユーザには示されず、殆ど
の場合にかかる標示にもかなり長い時間を要した。一般
的に、かかる標示が数秒以内に与えられない限り、更な
る時間の経過と共にユーザのフラストレーションが急激
に生じる可能性があると理解されている。更に、単純な
異状なし／異状ありの標示は、異状ありの標示の原因に
関し有用な案内を伴うことなく、ユーザに再度試行する
よう促すだけである。
【００４９】図２４の装置２００は、例えば、画像プロ
セッサ２０１に動作的に接続された指紋センサ３０を含
む。上記のラインに沿って、画像プロセッサ２０１は、
タップされた遅延線、又は、当業者により容易に認めら
れるように検知された指紋から中心点を判定する他の機
能的な中心点計算機２０２を含む。所定の基準中心点に
関する中心点の場所が判定され、位置標示器２０３を介
してユーザに標示が与えられる。画像は更に解析され、
加えられた指の圧力が高すぎるか又は低すぎるならば、
そのような標示がユーザに与えられる。従って、潜在的
なユーザのフラストレーションは著しく軽減される。所
定回数の試行後のような再位置決め及び／又は圧力変化
が有効ではないならば、センサを清掃する要求がユーザ
に効果的に通知される。
【００５０】図２５を参照して、キーボード３６及びデ
ィスプレイ３７を含むタイプの例示されたノートブック
コンピュータ３５のようなコンピュータワークステーシ
ョンに適用された位置フィードバック検知及び標示の実
際的な実施例を説明する。本発明の上記の面は、例示さ
れたノートブックコンピュータの他に、多数のタイプの
据置又は携帯形コンピュータワークステーションに適用
可能である。
【００５１】指紋検出器３０はユーザの指を受容する。
指紋センサ３０と協働したコンピュータのプロセッサ
は、ディスプレイ３７上のウィンドウ２０７の画像の中
心点２０５に沿って指紋画像２０６の表示を発生させ
る。例示された実施例において、ディスプレイは、ユー
ザが正確な読み取りのため自分の指を再位置決めするの
を支援するため、目標中心点２０８を含む。
【００５２】視覚的な画像表示に加えて、関連した有向
矢印の表示と共に言葉“上へ移動”及び“左へ移動”の
表示によって更なる標示が与えられる。言葉“圧力増
加”の表示のように、所望の圧力に関する標示が更に与
えられる。フィードバック及び圧力標示の他の例は、コ
ンピュータの筐体内に取付けられたスピーカ３９から発
生された合成音声メッセージの形式をなす。例えば、発
生された音声メッセージは、“指を上方及び左側へ動か
しなさい”及び“指の押圧を増加させなさい”のような
告知を含む。本発明によれば、他の有用なメッセージが
考慮される。
【００５３】図２６の装置２１０を参照して、指位置フ
ィードバック検知及び標示の他の実施例が理解される。
この実施例において、センサ３０は、アクセスコントロ
ーラ２１１を動作させるため使用される。アクセスコン
トローラ２１１は、例えば、適切に認識されたユーザを
入場させるためドアを作動する。上方／下方移動用及び
左側／右側移動用のＬＥＤ２１２、２１３の形式の簡単
な視覚的標示器は、夫々、ユーザに自分の指の適当な位
置決め又は再位置決めを指定するため設けられる。例示
された実施例は、圧力標示用の複数のＬＥＤ２１４を更
に有する。
【００５４】指紋センサパッケージは、不正防止筐体
と、上記筐体内に取付けられた指紋センサと、上記筐体
内に取付けられ、上記指紋センサに動作的に接続され、
検知された指紋と関係した暗号化された出力信号を発生
させる暗号化出力回路とを含む。上記指紋センサパッケ
ージは、上記指紋センサと上記暗号化出力回路との間に
動作的に接続されたプロセッサを更に有する。上記パッ
ケージは、基準指紋情報を記憶する基準指紋メモリを含
む。上記プロセッサは検知された指紋が記憶された基準
指紋と適合するかどうかを判定する能力を有する。不正
に応じて上記基準指紋記憶手段から基準指紋情報を除去
する除去回路が設けられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ノートブックコンピュータと結合された指紋セ
ンサの概略構成図である。
【図２】コンピュータワークステーションと結合された
指紋検出器と、関連する情報処理コンピュータ及びロー
カルエリアネットワーク（ＬＡＮ）の概略構成図であ
る。
【図３】指紋センサの一実施例の略斜視図である。
【図４】図解の簡単化のため一部が非常に拡大されたセ
ンサ及び上に重なる指紋パターンの略平面図である。
【図５】図解の簡単化のため上部誘電体層が除去された
指紋センサの拡大部分平面図である。
【図６】指紋センサの略部分斜視図である。
【図７】指紋センサの略部分断片図である。
【図８】電界を例示する部分断面略側面図である。
【図９】指紋センサの一部の概略回路図である。
【図１０】電界を例示する更なる部分断面拡大略側面図
である。
【図１１】指紋センサ及び関連する回路の一実施例の略
ブロック図である。
【図１２】指紋センサ及び関連する回路の他の実施例の
略ブロック図である。
【図１３】センサ回路の一実施例の略ブロック図であ
る。
【図１４】センサ回路の他の実施例の略ブロック図であ
る。
【図１５】複数のセンサユニットを図解する略ブロック
図である。
【図１６】指紋センサの信号処理の一部分の一実施例の
略ブロック図である。
【図１７】指紋センサの信号処理の一部分の他の実施例
の略ブロック図である。
【図１８】指紋センサの信号処理の一部分の他の実施例
の略ブロック図である。
【図１９】指紋センサの信号処理の一部分の他の実施例
の略ブロック図である。
【図２０】動的コントラスト強調のための抵抗マトリッ
クスを図解する指紋センサの信号処理の一部分の他の実
施例の略ブロック図である。
【図２１】動的コントラスト強調のためのキャパシタマ
トリックスを図解する指紋センサの信号処理の一部分の
他の実施例の略ブロック図である。
【図２２】指紋センサパッケージの一実施例の略ブロッ
ク図である。
【図２３】指紋センサパッケージの他の実施例の略ブロ
ック図である。
【図２４】指配置の略実時間的な位置フィードバックを
図解するセンサの他の面の略ブロック図である。
【図２５】指配置の略実時間的な位置フィードバックを
図解するコンピュータの略斜視図である。
【図２６】指配置の略実時間的な位置フィードバックを
図解する標示器を含む指紋センサの略斜視図である。
【符号の説明】
３０ 指紋センサ ３０ａ 感知素子 ３０ｂ 画像セル ３５ ノートブックコンピュータ ３６ キーボード ３７ 表示スクリーン ３９ スピーカ ４０ コンピュータ情報システム ４１ ワークステーション ４２ ローカルエリアネットワーク ４３ 指紋識別サーバ ４４ 中央コンピュータ ５１ パッケージ ５２，７０ 誘電体層 ５３ 信号伝導体 ５４ 電極 ５９ 指紋の尾根 ６０ 指紋の谷 ６５ 基板 ６６ 活性半導体層 ６７，７６ 絶縁層 ６８ 接地面電極層 ７１ 駆動電極層 ７３ 感知電子部品 ７４ 励起駆動増幅器 ７８ 感知電極 ７９ 指の表面 ８０ シールド電極 ８３ 第１のキャパシタ ８５ 第２のキャパシタ ９０，１００ 指紋センサ装置 ９１ センサ・プロセッサ・インタフェース ９２ 並列プロセッサ及びメモリ配列 ９３ 制御プロセッサ ９４ ホスト・プロセッサ・インタフェース ９５ 局部不揮発性メモリ ９６ センサチップ ９７ 認証器チップ ９８ 走査制御プロセッサ ９９ 局部メモリバスインタフェース １１０，１２０ センサ回路 １１２ 局部比較器 １１３ ラッチ １２１ 列データ転送ライン １２２ 行データ転送ライン １２３ 比較器基準ライン １３０，１４０ プロセッサ回路 １３１ 電荷結合デバイスシフトレジスタ １３２ Ａ／Ｄ変換器 １３５ シフトレジスタ １４１，１７７ 比較器 １５１ 行選択データ入力マルチプレクサ １５２ 比較器基準電圧分圧器 １５３ 列選択バスドライバ １６０ 抵抗マトリックス回路 １６１ 抵抗性マトリックス １６２ 抵抗 １６３，１６４ 増幅器 １６５ ブロック基準ライン １７０ 交流コントラスト強調回路 １７１ キャパシタ １７２ キャパシタ配列 １７５ 同期復調器 １８０ プロセッサマトリックス回路 １８１ センサ配列入力／出力部 １８２ 多重プロセッサ配列クロック及び制御ユニッ
ト １８３ 不揮発性メモリインタフェース １８４ プロセッサ １９０ 安全なセンサパッケージ １９１ 不正防止筐体 １９２ プロセッサ １９３ メモリ １９４ 暗号化出力回路 １９５ 基板 １９６ 封止ビード １９８ 破壊可能メモリ ２００ 位置フィードバック指紋検知装置 ２０１ 画像プロセッサ ２０２ 中心点計算機 ２０３ 位置標示器 ２０５ 画像の中心点 ２０６ 指紋画像 ２０７ ウィンドウ ２０８ 目標中心点 ２１１ アクセスコントローラ ２１２，２１３ 移動標示用ＬＥＤ ２１４ 圧力標示用ＬＥＤ ２２０ パッケージ ２２１ 集積回路のダイ ２２２ 金属パドル ２２３ リードフレーム ２２４，２２５ 保護膜層 ２２７ 接合ワイヤ ２２８ リード線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スティーブン ディー ウィルソン アメリカ合衆国，イリノイ 60614，シカ ゴ，ダブリュ・アーミテイジ・アヴェニュ ー 858番，スイート 265 (72)発明者 デイル アール セトラク アメリカ合衆国，フロリダ 32934，メル バーン，サンディ・クレーン・コート 3633番 (72)発明者 ニコラス ダブリュ ファン ヴォノ アメリカ合衆国，フロリダ 32934，メル バーン，シャディ・ラン・ロード 3775番 (72)発明者 チャールズ エル ヒューイット アメリカ合衆国，フロリダ 32935，メル バーン，パロミノ・ドライヴ 5201番

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 不正防止筐体と、 上記筐体に取付けられた指紋センサと、 上記筐体内に取付けられ、上記指紋センサに動作的に接
    続され、検知された指紋に関係する暗号化された出力信
    号を発生させる暗号化出力手段と、 上記指紋センサと上記暗号化出力手段との間に動作的に
    接続されたプロセッサとからなる指紋センサパッケー
    ジ。
  2. 【請求項２】 基準指紋情報を記憶する基準指紋記憶手
    段を更に有し、 上記プロセッサは、検知された指紋が記憶された基準指
    紋と適合するかどうかを判定する基準指紋マッチング手
    段よりなる請求項１記載の指紋センサパッケージ。
  3. 【請求項３】 不正に応じて、上記基準指紋記憶手段か
    ら基準指紋情報を除去する除去手段を更に有する請求項
    ２記載の指紋センサパッケージ。
  4. 【請求項４】 上記指紋センサは、近接した指を受容す
    る外側表面部を有する集積回路により構成され、 上記筐体は、上記集積回路の外側表面部と位置合わせさ
    れた中に通じる開口部を含む請求項１乃至３のうちいず
    れか１項記載の指紋センサパッケージ。
  5. 【請求項５】 上記集積回路の外側表面部と近接した筐
    体部との間の中間面を封止する封止手段が設けられ、 上記封止手段は、好ましくは、封止材料のビードにより
    構成される請求項４記載の指紋センサパッケージ。
  6. 【請求項６】 上記筐体はプラスチック材料により構成
    され、 上記封止手段は、上記プラスチック手段と上記集積回路
    の近接した部分の間の密閉シールよりなる請求項５記載
    の指紋センサパッケージ。
  7. 【請求項７】 上記集積回路は最も外側の窒化珪素層か
    らなり、 上記集積回路は炭化珪素及びダイアモンドの一方を含む
    最も外側の層を有し、 上記指紋センサは電界指紋センサからなり、好ましく
    は、上記電界指紋センサは、 電界感知電極の配列と、 上記電界感知電極と近接し、そこに近接した指を受容す
    る誘電体層と、 上記電界感知電極が上記筐体の外側表面上に晒された指
    の電極と共に指紋画像信号を生成するよう、電界駆動信
    号を上記電界感知電極及び上記指の近接した部分に印加
    する駆動手段とにより構成される、請求項４記載の指紋
    センサパッケージ。
  8. 【請求項８】 不正防止筐体と、 上記筐体に取付けられた指紋センサと、 上記筐体内にあり、基準指紋情報を記憶する基準指紋記
    憶手段と、 上記指紋センサ及び上記基準指紋記憶手段に動作的に接
    続され、検知された指紋が記憶された基準指紋と適合す
    るかどうかを判定するプロセッサと、 不正に応じて、上記基準指紋記憶手段から基準指紋情報
    を除去する除去手段とからなる指紋センサパッケージ。
  9. 【請求項９】 上記筐体内に取付けられ、上記プロセッ
    サに動作的に接続され、検知された指紋に関係する暗号
    化された出力信号を発生させる暗号化出力手段を含み、 上記指紋センサは、そこに近接した指を受容する外側表
    面部を有する集積回路により構成され、 上記筐体は、上記集積回路の外側表面部と位置合わせさ
    れた中に通じる開口部を含む請求項１乃至８のうちいず
    れか１項記載の指紋センサパッケージ。
  10. 【請求項１０】 プラスチックにより構成され、中に通
    じる開口部を有する筐体と、 外側表面部が上記筐体の開口部と位置合わせされるよう
    に、上記筐体に取付けられ、そこに近接した指を受容す
    る外側表面部を有する集積回路により構成された指紋セ
    ンサと、 封止材料のビードにより構成され、上記プラスチック材
    料と上記集積回路の近接した部分との間の密閉シールか
    らなり、上記集積回路の上記外側表面部と近接した筐体
    部との間の中間面を封止するため設けられた封止手段
    と、 上記筐体内に取付けられ、上記指紋センサに動作的に接
    続され、検知された指紋と関係する暗号化された出力信
    号を発生させる暗号化出力手段と、 上記指紋センサに動作的に接続されたプロセッサとから
    なる指紋センサパッケージ。
  11. 【請求項１１】 指紋センサを含むタイプの指紋センサ
    パッケージを製造し、安全に動作させる方法であって、 上記指紋センサを不正防止筐体内に取付ける段階と、 上記不正防止筐体内で、上記指紋センサから検知された
    指紋に関係する暗号化された出力信号を発生させ、基準
    指紋情報を上記筐体内に記憶させる段階と、 上記不正防止筐体内で、検知された指紋が記憶された基
    準指紋と適合するかどうかを判定する段階とからなる方
    法。
  12. 【請求項１２】 不正に応じて、上記不正防止筐体内か
    ら基準指紋情報を除去する段階と、 近接した指を受容する外側表面を有する集積回路指紋セ
    ンサを形成する段階と、 開口部が上記集積回路の外側表面部と位置合わせされる
    ように、中に通じる開口部を有する筐体内に上記集積回
    路指紋センサを取付ける段階と、 上記集積回路を取り囲むプラスチック材料を成形する取
    付け段階と、上記プラスチック材料と上記集積回路の近
    接した部分との間の中間面を密閉式に封止する封止段階
    とにより、上記集積回路の上記外側表面部と近接した筐
    体部との間の中間面を封止する段階とを更に有する請求
    項１１記載の方法。
JP9008967A 1996-01-26 1997-01-21 安全性の強化された指紋センサパッケージとその製造方法 Withdrawn JPH09231346A (ja)

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