(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電容量センサであって、
前記静電容量センサの表面と導体間の距離によって定まる静電容量に応じた電気信号を出力する複数の電極を有し、該複数の電極のうち、第１の寄生容量を持つ電極と該第１の寄生容量と異なる第２の寄生容量を持つ電極が、前記静電容量センサで読み取られる部位の生体情報と異なる所定の配置パターンに従って配置され、
前記複数の電極がそれぞれ一つの画素に対応し、各画素の画素値が前記複数の電極のうちの対応する電極から出力された電気信号に応じた値となる画像を生成し、
前記画像から、前記複数の電極の何れかとコンデンサを形成可能な距離に導体が存在する画素を含む領域を前景領域として抽出し、
前記前景領域と前記所定の配置パターンに応じたフィルタの相関演算を行うことにより、生体でない導体が前記静電容量センサのセンサ面に付着した非生体領域を検出し、
前記前景領域に占める前記非生体領域の面積が大きくなるほど小さくなる指標が所定の閾値よりも高い場合、前記画像を出力し、一方、前記指標が前記所定の閾値以下である場合、前記画像を廃棄する処理部を有する静電容量センサ。
【請求項２】
静電容量センサであって、
前記静電容量センサの表面と導体間の距離によって定まる静電容量に応じた電気信号を出力する複数の電極を有し、該複数の電極のうち、第１の寄生容量を持つ電極と該第１の寄生容量と異なる第２の寄生容量を持つ電極が、前記静電容量センサで読み取られる部位の生体情報と異なる所定の配置パターンに従って配置され、
前記静電容量センサで読み取られる部位が前記複数の電極に対してスライドされている間、前記複数の電極がそれぞれ一つの画素に対応し、各画素の画素値が前記複数の電極のうちの対応する電極から出力された電気信号に応じた値となる部分画像を所定の時間間隔で作成し、
前記部分画像のそれぞれから、前記複数の電極の何れかとコンデンサを形成可能な距離に導体が存在する画素を含む領域を前景領域として抽出し、
前記各部分画像について、前記前景領域と前記所定の配置パターンに応じたフィルタの相関演算を行うことにより、生体でない導体が前記静電容量センサのセンサ面に付着した非生体領域を検出し、
前記前景領域に占める前記非生体領域の面積が大きいほど小さくなる指標が第１の閾値よりも大きくなる最初の部分画像の取得時を、生体情報の読み取り開始タイミングとし、前記読取開始タイミング以降に取得された各部分画像について、前記指標が第２の閾値よりも小さくなる最初の部分画像の取得時を、生体情報の読み取り終了タイミングとし、前記読取開始タイミングから前記読み取り終了タイミングの間に取得された部分画像を結合することにより生体画像を生成する処理部を有する静電容量センサ。
【請求項３】
前記所定の配置パターンの解像度は、前記静電容量センサで読み取られる部位の生体情報の解像度よりも小さい、請求項１または２に記載の静電容量センサ。
【請求項４】
センサの表面と導体間の距離によって定まる静電容量に応じた電気信号を出力する複数の電極を有し、該複数の電極のうち、第１の寄生容量を持つ電極と該第１の寄生容量と異なる第２の寄生容量を持つ電極が、読み取られる部位の生体情報と異なる所定の配置パターンに従って配置される静電容量センサによる生体画像生成方法であって、
前記複数の電極がそれぞれ一つの画素に対応し、各画素の画素値が前記複数の電極のうちの対応する電極から出力された電気信号に応じた値となる画像を生成し、
前記画像から、前記複数の電極の何れかとコンデンサを形成可能な距離に導体が存在する画素を含む領域を前景領域として抽出し、
前記前景領域と前記所定の配置パターンに応じたフィルタの相関演算を行うことにより、生体でない導体が前記静電容量センサのセンサ面に付着した非生体領域を検出し、
前記前景領域に占める前記非生体領域の面積が大きくなるほど小さくなる指標が所定の閾値よりも高い場合、前記画像を出力し、一方前記指標が前記所定の閾値以下である場合、前記画像を廃棄する、
ことを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示される実施形態は、静電容量センサ及び静電容量センサを利用した生体画像生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生体が接触したことを検知したり、あるいは生体情報を読み取るための様々なセンサが開発されている。そのようなセンサの一つとして、静電容量センサが開発されている。静電容量センサは、センサ表面に、生体が接触あるいは近接することによる静電容量の変化を検出することにより、生体が接触したことを検知したり、あるいは生体表面の凹凸の度合いを電気信号に変換する。静電容量センサは、例えば、タッチセンサ、タッチパッド、タッチパネルあるいは指紋センサなどとして広く利用されている（例えば、特許文献１〜５を参照）。【０００３】
なお、タッチセンサは、指などの生体がセンサ面に接触したことを検知するセンサである。またタッチパッドは、生体がセンサ面に接触した位置を検知し、また生体がセンサ面に接触したまま移動した場合に、その移動量を相対座標として出力する。さらにタッチパネルは、液晶ディスプレイなどの表示装置とタッチパネルを組み合わせた装置である。そして指紋センサは、指の表面に形成される隆線及び谷線といった指表皮の凹凸度合いを、指表皮とセンサ間の距離に応じた画素値に変換することにより、画像として取得するものである。なお、指紋センサを利用して、タッチパッドの機能を実現したセンサも提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５３２５４４２号
【特許文献２】特開２００１−２２２７０６号公報
【特許文献３】特表２００１−５２５０６７号公報
【特許文献４】特開２００１−５６２０４号公報
【特許文献５】特表２００５−５０５０６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
静電容量センサでは、センサ面に接触あるいは近接した生体が、センサ内に設けられた電極と対向する電極として機能する。すなわち、電極と生体との間に電荷が蓄積されることにより、静電容量の変化が生じる。そして静電容量センサは、その静電容量の変化を検知する。
さて、過去に生体がセンサ面に接触したときに皮膚の組織片または汗がセンサ面上に残留したり、あるいはセンサ面に水滴が結露すると、これらのものも導体であるため、その導体とセンサ内の電極間の静電容量が変化する。そのため、静電容量センサは、皮膚の組織片、汗または水滴を生体として誤検出してしまう。【０００６】
そこで、本明細書は、生体以外の導体がセンサ面に付着しても、その導体を生体として誤検出することを防止可能な静電容量センサ、及びそのような静電容量センサを用いた生体画像生成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一つの実施形態によれば、静電容量センサが提供される。この静電容量センサは、静電容量センサの表面と導体間の距離によって定まる静電容量に応じた電気信号を出力する複数の電極を有する。そして、複数の電極のうち、第１の寄生容量を持つ電極と、第１の寄生容量と異なる第２の寄生容量を持つ電極が、静電容量センサで読み取られる部位の生体情報と異なる所定の配置パターンに従って配置される。【０００８】
さらに他の実施形態によれば、センサの表面と導体間の距離によって定まる静電容量に応じた電気信号を出力する複数の電極を有し、その複数の電極のうち、第１の寄生容量を持つ電極と、第１の寄生容量と異なる第２の寄生容量を持つ電極が、読み取られる部位の生体情報と異なる所定の配置パターンに従って配置された静電容量センサを用いた生体画像生成方法が提供される。この生体画像取得方法は、複数の電極がそれぞれ一つの画素に対応し、各画素の画素値が複数の電極のうちの対応する電極から出力された電気信号に応じた値となる画像を生成し、生成された画像から、複数の電極の何れかとコンデンサを形成可能な距離に導体が存在する画素を含む領域を前景領域として抽出し、前景領域と所定の配置パターンに応じたフィルタの相関演算を行うことにより、生体でない導体が静電容量センサのセンサ面に付着した非生体領域を検出し、前景領域に占める非生体領域の面積が大きくなるほど小さくなる指標が所定の閾値よりも高い場合、画像を出力し、一方指標が所定の閾値以下である場合、画像を廃棄することを含む。【０００９】
本発明の目的及び利点は、請求項において特に指摘されたエレメント及び組み合わせにより実現され、かつ達成される。
上記の一般的な記述及び下記の詳細な記述の何れも、例示的かつ説明的なものであり、請求項のように、本発明を限定するものではないことを理解されたい。
【発明の効果】
【００１０】
本明細書に開示された静電容量センサ、及び生体画像生成方法は、生体以外の導体がセンサ面に付着しても、その導体を生体として誤検出することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、一つの実施形態による、静電容量センサの概略構成図である。
【図２】図２は、静電容量センサのセンサ部の概略平面図である。
【図３】図３は、一つの実施形態による、静電容量センサの概略側面断面図である。
【図４】図４（ａ）は、センサ部の表面に指を置いたときに生成される画像の概略を表す図であり、図４（ｂ）は、センサ部の表面から指を離したあとに生成される画像の概略を表す図である。
【図５】図５は、一つの実施形態による、静電容量センサの処理部の機能ブロック図である。
【図６】図６は、非生体領域の検出に用いられるフィルタの一例を示す図である。
【図７】図７は、生体画像生成処理の動作フローチャートを示す図である。
【図８】図８は、他の実施形態による、静電容量センサの概略側面断面図である。
【図９】図９は、他の実施形態による、スワイプ型静電容量センサの処理部の機能ブロック図である。
【図１０】図１０は、処理部により制御される、読み取り開始タイミング決定処理の動作フローチャートを示す図である。
【図１１】図１１は、処理部により制御される、読み取り終了タイミング決定処理の動作フローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図を参照しつつ、一つの実施形態による、生体情報を表す生体画像を取得するエリアセンサとして利用される静電容量センサについて説明する。
この静電容量センサは、検知しようとする生体情報が有するパターンと異なるパターンに従って、寄生容量の異なる複数の電極が配列される。そしてこの静電容量センサは、生体以外の導体がセンサ面に付着したときの静電容量の変化が、生体がセンサ面に接触または近接したときの静電容量の変化よりも小さいことを利用して、生体以外の導体がセンサ面に付着したときに寄生容量の分布パターンをセンサにより取得される生体画像上で再現する。そしてこの静電容量センサは、生体画像上で寄生容量の分布パターンが検出されるか否かにより、生体画像を出力するか、廃棄するかを決定する。
なお、本実施形態では、読み取り対象となる生体情報は指紋である。しかし、読み取り対象となる生体情報は、掌紋であってもよい。
【００１３】
図１は、静電容量センサの概略構成図を示す。図１に示されるように、この静電容量センサ１は、センサ部２と、記憶部３と、処理部４と、インターフェース部５とを有する。静電容量センサ１は、センサ部２に接触あるいは近接した利用者の指の表面の凹凸の２次元分布に応じた生体画像を処理部４により生成し、その生体画像をインターフェース部５を介して出力する。
【００１４】
センサ部２は、２次元センサであり、センサ上の各位置における静電容量の変化を、その位置における電気信号として出力する。
図２は、センサ部２の概略平面図である。センサ部２は、水平方向にm個、垂直方向にn個の２次元アレイ状に配置された複数の電極２１−ij（ただし、1≦i≦m、1≦j≦n、m、nは２以上の整数）を有する。各電極２１−ijは、銅あるいは金などの導体からなり、そのような導体が正方形状に形成されたものである。また各電極の幅は、指紋の隆線の平均的な幅よりも狭い値、例えば、0.1mmとすることが好ましい。各電極２１−ijは、センサ部２の表面に指などの導体が置かれたときに、その導体とコンデンサを形成する。そしてそのコンデンサは、電極２１−ijと導体との距離に応じた静電容量を有し、その静電容量に応じた電荷が電極２１−ijに蓄積される。そこで各電極２１−ijから静電容量に応じた電気信号が読み出され、その電気信号は、オペアンプ（図示せず）により増幅された後、アナログ−デジタル変換器（図示せず）によりデジタル信号に変換されて処理部４へ送られる。
さらにセンサ部２の各コーナーには、センサ部２に接触あるいは近接した指に対して基準電位を与えるための基準電極２２−１〜２２−４が配置されている。そして基準電極２２−１〜２２−４は、それぞれ、図示しない電源と接続されている。
【００１５】
図３は、図２における、記号AA'により特定される線でのセンサ部２の概略側面断面図である。各電極２１−ijの表面には、ガラスまたは樹脂といった絶縁体の保護層２３が設けられている。保護層２３の表面２４には、撥水コーティングがなされている。
また各電極２１−ijは、樹脂などの絶縁体により形成された基板２５上に配置されている。ここで、電極のアレイの奇数行における基板２５の高さは、偶数行における基板２５よりも高くなるように、基板２５は形成されている。そのため、奇数行に配置された各電極２１−i(2k-1)（k=1,2,..,n/2）とセンサ部２の表面２４間の距離は、偶数行に配置された各電極２１−i(2k)とセンサ部２の表面２４間の距離よりも小さい。そのため、奇数行に配置された各電極２１−i(2k-1)と保護層２３の表面２４との間に生じる寄生容量Cc1は、偶数行に配置された各電極２１−i(2k)と保護層２３の表面２４との間に生じる寄生容量Cc0よりも大きい。
【００１６】
ここで、本実施形態による静電容量センサ１の動作の理解を容易にするために、指がセンサ部２に置かれたときに各電極で検出される静電容量と、センサ部２の表面２４に生体以外の導体が付着したときに検出される静電容量の違いについて説明する。
各電極２１−ijと、センサ部２の表面に置かれた指などの導体との間の静電容量Ctotalは、次式で計算される。
【数１】
0005472319.tif 000002
ただしCfは導体と電極２１−ij間の静電容量であり、Cpは電極２１−ijの寄生容量である。また電極２１−ijとセンサ部２の表面に置かれた導体との間には、保護層２３が存在する。そのため、導体と電極２１−ij間に形成されるコンデンサは、導体とセンサ部２の表面２４間のコンデンサと、センサ部２の表面２４と電極２１−ij間のコンデンサが直列に接続されたものとなる。そのため、静電容量Cfは、次式で表される。
【数２】
0005472319.tif 000003
ただしC0は、導体とセンサ部２の表面２４間の静電容量であり、Ccは、センサ部２の表面２４と電極２１−ij間の静電容量である。
（１）式と（２）式から、導体と電極２１−ij間の静電容量Ctotalは、次式により表される。
【数３】
0005472319.tif 000004
また、導体とセンサ部２の表面２４間の距離をd0とし、保護層２３の厚さをdcとし、真空の誘電率をε0とし、保護層２３の誘電率をεcとし、電極の面積をAとすると、静電容量Ctotalは、次式のように表される。
【数４】
0005472319.tif 000005
【００１７】
ここで、寄生容量Cpが十分に小さければ、電極２１−ijに対向する導体の面積が、電極２１−ijの面積以上のとき、（４）式における第２項は無視できる。そのため、電極２１−ijよりも大きい指がセンサ部２の表面２４に置かれている場合、指の表面と電極２１−ij間の静電容量Ctotalは、指の表面とセンサ部２の表面２４間の距離d0が小さいほど大きい値となる。そのため、静電容量センサ１は、指の表面の凹凸に応じた画素値を持つ生体画像を生成できる。
【００１８】
しかし、保護層２３の表面２４は、撥水コーティングされているため、汗、皮膚の組織片などはその表面２４上で微小な塊となり、その面積は、電極２１−ijよりも非常に小さくなる。そのため、（４）式は、次式のように書き換えられる。
【数５】
0005472319.tif 000006
ここでA'は、電極２１−ijに対向してセンサ部２の表面２４に付着した導体の面積である。また（５）式では、導体がセンサ部２の表面２４に付着しているため、d0=0となる。
（５）式では、第２項を無視することができず、静電容量Ctotalは、寄生容量Cpに応じて異なる値となる。また、各電極２１−ijの寄生容量は、その電極とセンサ部２の表面２４との間隔に応じて異なる。そして各電極２１−ijとセンサ部２の表面２４との間隔は、電極の位置に応じて異なる。
したがって、センサ部２の表面に、微小な皮膚の組織あるいは水滴などが一面に付着していると、２種類の寄生容量を持つ電極の配置パターンが、画像上に形成される。
また、本実施形態では、電極の配置パターンは、指紋の隆線の模様と異なっている。そのため、生体画像上に表された模様が、指紋の隆線によるものか、電極の配置パターンによるものかは、容易に識別可能である。さらに、個々の電極のサイズが、隆線の平均的な幅よりも小さいことにより、電極の配置パターンの解像度が指紋の模様の解像度よりも高くなる。そのため、センサ部２の表面に接触した指紋の隆線に沿って水滴などが付着している場合でも、電極の配置パターンは生体画像上で観察できる。
【００１９】
図４（ａ）は、センサ部２の表面２４に指を置いたときに生成される生体画像の概略を表す図であり、図４（ｂ）は、センサ部２の表面２４から指を離したあとに生成される生体画像の概略を表す図である。なお、説明の便宜上、図４（ａ）及び（ｂ）に示した生体画像において、画素値が高いほど、すなわち、電極で検出される静電容量が大きいほど、黒く表されるものとする。
図４（ａ）に示した生体画像４００において、黒い線４０１は指紋の隆線を表す。センサ部２の表面２４に指を置いたとき、上記のように、静電容量Ctotalは各電極の寄生容量によらず、指の表面とセンサ部２の表面２４間の距離に応じた値となる。そのため、生体画像４００では、指紋の隆線４０１に相当するする部分が黒く、その他の部分が白くなる。
一方、図４（ａ）に示された生体画像４００が生成された後、指がセンサ部２から離れると、センサ部２の表面２４に、隆線に沿って微小な皮膚の組織片あるいは汗などが付着する。また付着した皮膚の組織片あるいは汗のサイズが小さいため、各電極の静電容量は、上記のように、その電極の寄生容量に応じた値となる。そのため、図４（ｂ）に示されるように、隆線のパターンと、異なる寄生容量を持つ電極の配置パターンとが重畳された生体画像４１０が生成される。本実施形態では、各電極２１−ijは、一行間隔で同じ寄生容量を持つ。そのため、生体画像４１０では、隆線のパターンと水平方向の縞模様が重畳したパターン４１１が形成される。
【００２０】
記憶部３は、例えば、半導体メモリを有する。そして記憶部３は、静電容量センサ１の処理部４で使用されるプログラム及び各種のデータを記憶する。また記憶部３は、処理部４により生成された生体画像を、その生体画像がインターフェース部５を介して出力されるか、廃棄されるまで、一時的に記憶する。
【００２１】
処理部４は、１個または複数個のプロセッサ及びその周辺回路を有する。そして処理部４は、センサ部２から取得した、各電極の電気信号に基づいて、利用者の指紋を写した生体画像を作成する。
また処理部４は、生体画像に基づいて、生体画像上で電極の配置パターンが観察されるか否かに応じて、生体画像の品質を評価する。そして処理部４は、生成した生体画像の品質が良好である場合、その生体画像をインターフェース部５を介して接続された他の機器（図示せず）へ出力する。また処理部４は、生成した生体画像の品質が不良である場合、生体画像を廃棄する。そして処理部４は、指紋を再度読み取らせることを促すメッセージをインターフェース部５を介して接続された他の機器へ出力する。
【００２２】
インターフェース部５は、他の機器と静電容量センサ１とを接続するためのインターフェース回路を有する。そしてインターフェース部５は、処理部４から受け取った生体画像あるいはメッセージを、静電容量センサ１と接続された機器へ出力する。
【００２３】
図５は、処理部４の機能ブロック図である。処理部４は、画像生成部４１と、前景領域抽出部４２と、非生体領域検出部４３と、良否判定部４４とを有する。処理部４が有するこれらの各部は、処理部４が有するプロセッサ上で実行されるコンピュータプログラムによって実装される機能モジュールである。あるいは、処理部４が有するこれらの各部は、ファームウェアとして静電容量センサ１に実装されてもよい。
【００２４】
画像生成部４１は、センサ部２の各電極２１−ijから読み出された電気信号を、各電極の配列に沿って２次元状に配列し、各電極の電気信号を、対応する画素の画素値に変換することにより、センサ部２にて読み取った生体情報を表す生体画像を生成する。そして画像生成部４１は、生成された生体画像を、前景領域抽出部４２と非生体領域検出部４３とに、それぞれ出力する。また画像生成部４１は、生成した生体画像を、記憶部３に保存する。
【００２５】
前景領域抽出部４２は、画像生成部４１により生成された生体画像から、生体または皮膚の組織片、汗などの導体がセンサ部２の表面２４に接触または近接し、何れかの電極とコンデンサを形成していた領域を前景領域として抽出する。なお、本実施形態では、導体とセンサ部２の電極間の距離が近いほど、その電極に対応する画素値も大きくなるとする。しかし、画像生成部４１は、導体とセンサ部２の電極間の距離が近いほど、その電極に対応する画素値が小さくなるように生体画像を生成してもよい。この場合には、以下の説明における画素値に関する不等式の向きは、反転される。
前景領域では、各画素が指の表面の凹凸に応じた値を持つため、前景領域内の画素値のばらつきは比較的大きい。一方、背景領域では、各画素に対応する電極と対になる導体が存在せず、電極がコンデンサを形成しないため、各画素の値は一様となり、かつ非常に小さい値となる。そこで前景領域抽出部４２は、例えば、生体画像中の各画素を、画素値そのもの及び画素値のばらつきに基づいて前景領域と背景領域に分類する閾値を決定する。そのために、前景領域抽出部４２は、生体画像を複数の小領域に分割する。各小領域の幅、高さは、例えば、一つの小領域に複数本の隆線が含まれるよう、平均的な隆線ピッチの数倍程度とすることが好ましい。
【００２６】
次に、前景領域抽出部４２は、各小領域について、その小領域に含まれる画素値の標準偏差または分散を算出する。そして前景領域抽出部４２は、小領域ごとの標準偏差または分散を変数とする標準偏差σ'をさらに算出する。前景領域抽出部４２は、標準偏差σ'に所定の係数Cσを乗じた値を画素値のばらつきに関する閾値Tσとする。なお、所定の係数Cσは、例えば、実験により予め決定される。
また、前景領域抽出部４２は、生体画像中の全画素の画素値の平均値Σμに所定のオフセット値Cμを加えた値を、画素値に関する閾値Tμとする。なお、所定のオフセット値Cμは、例えば、実験により予め定められる。また、前景領域抽出部４２は、生体画像中の全画素の画素値のヒストグラムを求め、そのヒストグラムを判別分析することにより、閾値Tμを決定してもよい。
【００２７】
前景領域抽出部４２は、小領域ごとに画素値の標準偏差σ及び平均値μを算出する。そして前景領域抽出部４２は、以下の条件を満たす小領域を前景領域とする。
【数６】
0005472319.tif 000007
なお、前景領域抽出部４２は、（６）式に示した両方の条件を満たす小領域のみを前景領域としてもよい。
なお、前景領域抽出部４２は、閾値Tσ、Tμを決定する前に、ガウシアンフィルタを用いたノイズ除去処理、コントラスト補正処理あるいは階調変換処理などの前処理を生体画像全体に対して行ってもよい。
前景領域抽出部４２は、前景領域を表す情報を非生体領域検出部４３へ通知する。なお、前景領域を表す情報は、例えば、前景領域に含まれる画素と背景領域に含まれる画素が異なる値を持つ２値画像とすることができる。あるいは、前景領域を表す情報は、前景領域として抽出された小領域の何れかの角あるいは重心の座標であってもよい。
【００２８】
非生体領域検出部４３は、前景領域内で、生体でない導体がセンサ部２の表面２４に付着していた部分に相当する領域を非生体領域として検出する。前景領域に占める非生体領域が大きいほど、生体画像上で本来表されるべき生体情報と異なる情報が表されることになるので、その生体画像の品質は低い。そのため、非生体領域の大きさは、生体画像の品質を決定するための指標となる。
【００２９】
また、非生体領域では、上記のように、導体と電極間の静電容量に対して、電極の寄生容量が無視できない大きさとなる。そのため、非生体領域に含まれる画素は、異なる寄生容量を持つ電極の配置パターンに応じた画素値を持つ。
そこで非生体領域検出部４３は、異なる寄生容量を持つ電極の配置パターンに対応するフィルタを用いて、次式に従って前景領域とフィルタの相関演算を実行する。
【数７】
0005472319.tif 000008
ただし、I'(i,j)は、着目する画素(i,j)の相関値を表し、I(i+k,j+l)は、前景領域に含まれる画素(i+k,j+l)の値を表す。またF(k,l)は、フィルタの座標(k,l)の画素値を表す。
【００３０】
図６は、非生体領域の検出に用いられるフィルタの一例を示す。フィルタ６００は、横３画素×縦５画素を持つ。本実施形態では、行ごとに交互に寄生容量が高い電極と低い電極が配置されている。そのため、フィルタ６００は、奇数行の各画素はw0の値を持ち、偶数行の各画素は-3w0/2の値を持つ。w0は、例えば、1あるいは1/15に設定される。
【００３１】
非生体領域検出部４３は、前景領域に含まれる各画素について相関値を算出する。そして非生体領域検出部４３は、相関値の絶対値が所定の閾値を超えた画素を、非生体領域に含まれる画素とする。なお、所定の閾値は、予め実験により定められ、例えば、フィルタの各画素値の絶対値の合計の1/4に設定される。
非生体領域検出部４３は、前景領域に含まれる画素の総数Nfと、前景領域内の非生体領域に含まれる画素の総数Nnを求める。そして非生体領域検出部４３は、Nf及びNnを良否判定部４４へ通知する。
【００３２】
良否判定部４４は、画像生成部４１により作成された生体画像の品質を評価する。そのために、良否判定部４４は、前景領域に含まれる画素の総数Nfと、前景領域内の非生体領域に含まれる画素の総数Nnに基づく品質指標Qを算出する。
例えば、品質指標Qは、次式に従って算出される。
【数８】
0005472319.tif 000009
（８）式において、Nnは0〜Nfまでの値を取り得る。そのため、品質指標Qは、0〜1の範囲に含まれる値を有する。そしてNnが大きいほど、前景領域に含まれる非生体領域が大きいので、品質指標Qは低くなる。
良否判定部４４は、品質指標Qを品質閾値Tqと比較する。そして品質指標Qが閾値Tq未満であれば、良否判定部４４は、生体画像は不良であると判定する。一方、品質指標Qが閾値Tq以上であれば、良否判定部４４は、生体画像は良好であると判定する。
なお、良否判定部４４は、前景領域に含まれる画素の総数Nfが所定の面積閾値Ts未満である場合も、生体画像は不良であると判定してもよい。
【００３３】
品質閾値Tqと面積閾値Tsは、静電容量センサ１により生成された生体画像の使用方法に基づいて設定される。例えば、静電容量センサ１により生成された生体画像が生体認証に利用される場合、生体画像中に非生体領域が存在すると生体認証に失敗する可能性が高くなる。また、生体認証装置が指紋の特徴的な点を確実に検出できる程度に十分に広い生体領域が写っている必要がある。そのため、品質閾値Tqは、例えば、0.9に設定され、面積閾値Tsは、例えば、生体画像の総画素数の1/2に設定される。
【００３４】
良否判定部４４は、生体画像の良否判定結果を処理部４へ通知する。処理部４は、生体画像は良好と判定された場合、記憶部３からその生体画像を読み出し、その生体画像をインターフェース部５を介して接続された他の機器へ出力する。一方、良否判定部４４により、画像が不良であると判定された場合、記憶部３に記憶されたその生体画像を廃棄する。そして処理部４は、指紋を再度読み取らせることを促すメッセージ、及びセンサ面が汚れている可能性があること示すメッセージをインターフェース部５を介して接続された他の機器へ通知する。
なお、静電容量センサ１が、液晶ディスプレイなどの表示部（図示せず）を有している場合、処理部４は、その表示部を介して、利用者に生体情報の読み取りに失敗したこと、及びセンサ面が汚れている可能性があることを通知してもよい。
【００３５】
図７は、処理部４により制御される、生体画像生成処理の動作フローチャートを示す。
処理部４は、センサ部２から各電極２１−ijの静電容量に相当する電気信号を取得する（ステップＳ１０１）。そして処理部４の画像生成部４１は、各電極の静電容量に応じた画素値を持つ生体画像を生成する（ステップＳ１０２）。画像生成部４１は、生成した生体画像を処理部４の前景領域抽出部４２と非生体領域検出部４３とにそれぞれ出力する。また画像生成部４１は、生体画像を記憶部３に保存する。
【００３６】
前景領域抽出部４２は、生体画像から前景領域を抽出する（ステップＳ１０３）。そして前景領域抽出部４２は、前景領域を表す情報を非生体領域検出部４３へ通知する。
非生体領域検出部４３は、生体画像中の前景領域と、異なる寄生容量を持つ電極の配置パターンに対応するフィルタとの相関演算により非生体領域を検出する（ステップＳ１０４）。そして非生体領域検出部４３は、前景領域の画素数Nf及び非生体領域の画素数Nnを算出する（ステップＳ１０５）。非生体領域検出部４３は、Nf及びNnを処理部４の良否判定部４４へ通知する。
【００３７】
良否判定部４４は、Nf及びNnから品質指標Qを算出する（ステップＳ１０６）。そして良否判定部４４は、品質指標Qが品質閾値Tq以上であり、かつ前景領域の画素数NfがTs以上であるか否か判定する（ステップＳ１０７）。
品質指標Qが品質閾値Tq未満、あるいは、前景領域の画素数NfがTs未満であれば（ステップＳ１０７−Ｎｏ）、良否判定部４４は、生体画像は不良であると判定する。そして良否判定部４４は、その判定結果を処理部４に通知する。処理部４は、生体画像を廃棄する（ステップＳ１０８）。また処理部４は、指紋の再読み取りを促すメッセージ及びセンサ面が汚れている可能性を示すメッセージをインターフェース部５を介して接続された他の機器へ出力する。
一方、品質指標Qが品質閾値Tq以上であり、かつ前景領域の画素数NfがTs以上であれば（ステップＳ１０７−Ｙｅｓ）、良否判定部４４は、生体画像は良好であると判定する。そして良否判定部４４は、その判定結果を処理部４に通知する。処理部４は、生体画像をインターフェース部５を介して接続された他の機器へ出力する（ステップＳ１０９）。
ステップＳ１０８またはＳ１０９の後、処理部４は、生体画像生成処理を終了する。
【００３８】
以上に説明してきたように、一つの実施形態による、静電容量センサでは、異なる寄生容量を持つ電極が、読み取り対象となる生体情報のパターンと異なるパターンに従って配置される。そのため、この静電容量センサでは、生体以外の導体がセンサの表面に付着したときに、同一の寄生容量を持つ電極の配置パターンが、生成された生体画像上に表れる。そこでこの静電容量センサは、異なる寄生容量を持つ電極の配置パターンを検出することにより、生体以外の導体がセンサの表面に付着していることによる画像の品質不良を検知できる。そのため、この静電容量センサは、センサ面に付着した皮膚の組織片、汗などを生体情報として誤検出した生体画像を出力することを防止できる。
【００３９】
なお、異なる寄生容量を持つ電極の配置パターンは、上記の実施形態に限られない。異なる寄生容量を持つ電極の配置パターンは、読み取ろうとする生体情報の模様と異なっていればよい。例えば、読み取ろうとする生体情報が指紋である場合、異なる寄生容量を持つ電極は、市松模様状に配置されてもよい。あるいは、異なる寄生容量を持つ電極は、縦方向の縞状に配置されてもよい。さらにまた、異なる寄生容量を持つ電極は、ランダムなパターンであってもよい。さらにまた、センサ部では、３段階以上の異なる寄生容量を持つ複数の電極が、読み取ろうとする生体情報の模様と異なる配置パターンに従って配列されてもよい。
何れの場合も、処理部の非生体領域検出部は、異なる寄生容量を持つ電極の配置パターンと同じパターンを持つフィルタと画像中の前景領域との相関演算を行うことにより、非生体領域を検出できる。
【００４０】
また、センサ部の構成も、上記の実施形態に限定されない。
図８は、他の実施形態による、電極ごとの寄生容量が異なるように形成されたセンサ部の概略側面断面図である。図８では、各電極２１−ijと保護層２３の表面２４との距離が等しくなるように、各電極２１−ijは基板２５上に置かれている。しかし、奇数行に配置された各電極２１−i(2k-1)（k=1,2,..,n/2）の下部には、別の導体２６が基板２５内に埋設されており、この導体２６と電極２１−i(2k-1)間にもコンデンサが形成される。そのため、奇数行に配置された各電極２１−i(2k-1)と保護層２３の表面との間に生じる寄生容量Cc1は、偶数行に配置された各電極２１−i(2k)と保護層２３の表面との間に生じる寄生容量Cc0と異なっている。
【００４１】
また、処理部の非生体領域検出部は、生体画像全体に対して電極の配置パターンに対応するフィルタとの相関演算を行って、生体画像全体から非生体領域を検出してもよい。この場合、処理部の良否判定部は、例えば、品質指標Qを、生体画像全体に含まれる画素の総数Nと非生体領域に含まれる画素の総数Nnとの差(N-Nn)を、Nで割った値とする。そして良否判定部は、この品質指標Q(=(N-Nn)/N)が所定の閾値以下のとき、生体画像の品質は不良であると判定してもよい。これにより、処理部は、センサ部の表面全体に皮膚の組織片、汗などが付着し、生体が接触していない部分のうちの広範囲にわたって電極の配置パターンが表されるような生体画像を廃棄できる。
【００４２】
この静電容量センサは、様々な用途に利用できる。例えば、この静電容量センサを、生体認証装置として利用してもよい。この場合、静電容量センサの記憶部は、予め登録された利用者の識別情報とともに、その利用者の生体情報を撮影した画像を登録生体画像として記憶する。そして処理部は、良否判定部により良好と判定された生体画像と、登録生体画像とのパターンマッチングを行う。なお、処理部は、良否判定部により良好と判定された生体画像と、登録生体画像のそれぞれから特徴点を抽出し、それら特徴点同士のマッチング（マニューシャマッチング）を実行してもよい。そして処理部は、パターンマッチングまたはマニューシャマッチングを実行することにより算出された類似度が所定の閾値以上である場合、利用者を登録生体情報に対応する登録利用者として認証する。そして処理部は、認証に成功したことを示す信号及び登録利用者の識別情報を、インターフェース部を介して接続された他の機器へ送信する。
【００４３】
また、この静電容量センサは、タッチセンサとして利用されてもよい。この場合、処理部は、指が静電容量センサのセンサ部に触れたか否かを、正確に判別できればよい。そのため、処理部の良否判定部にて用いられる品質閾値Tq及び面積閾値Tsは、生体画像が生体認証に使用される場合のそれら閾値よりも低い値に設定される。例えば、品質閾値Tqは、0.5に設定され、面積閾値Tsは、生体画像の総画素数の1/10に設定される。そして処理部は、生体画像が良好であると判定した場合、静電容量センサがタッチされたことを示す信号を、インターフェース部を介して接続された他の機器へ出力する。
【００４４】
さらに、この静電容量センサは、タッチパッドあるいはタッチパネルとして利用されてもよい。この場合は、静電容量センサは、センサ面上の押圧された位置を検出する。そのため、処理部は、生体画像が良好であると判定した場合、その生体画像上の前景領域のうち、非生体領域に含まれない画素の重心の座標を求める。そして処理部は、その重心の座標を、押圧された位置として、インターフェース部を介して接続された他の機器へ出力する。
【００４５】
さらに他の実施形態によれば、静電容量センサは、指をセンサに対して相対的に移動させることによってセンサよりも広い範囲の指紋を読み取るスワイプ型センサであってもよい。この場合も、静電容量センサは、図１に示された構成と同様の構成を有することができる。なお、本実施形態では、指などの部位をスライドさせる方向を垂直方向とし、その部位をスライドさせる方向に対して直交する方向を水平方向とする。
【００４６】
図９は、処理部４の機能ブロック図である。処理部４は、画像生成部４１と、前景領域抽出部４２と、非生体領域検出部４３と、良否判定部４４と、読取開始・終了タイミング決定部４６と、画像結合部４７を有する。なお、図９において、処理部４の各機能ブロックには、図５に示された処理部４の対応する機能ブロックと同じ参照番号を付した。
以下では、図５に示された処理部４と異なる点について説明する。
【００４７】
画像生成部４１は、各電極がそれぞれ一つの画素に対応し、各画素の画素値を対応する電極から読み出された信号に応じた値とする部分画像を、所定の読み取り時間間隔で順次生成する。そして画像生成部４１は、各部分画像を前景領域抽出部４２、非生体領域検出部４３、読取開始・終了タイミング決定部４６及び画像結合部４７へ渡す。なお、例えば、センサ部２が水平方向に沿って１列に配置された複数の電極を有する場合、部分画像は、水平方向の１ラインの画像となる。また、例えば、センサ部２が２次元アレイ状に配置された複数の電極を有する場合、部分画像は、その２次元アレイの大きさに相当する２次元状の画像となる。
前景領域抽出部４２は、各部分画像から、それぞれ前景領域を抽出する。そして前景領域抽出部４２は、前景領域を示す情報を非生体領域検出部４３へ渡す。
非生体領域検出部４３は、各部分画像の前景領域から、非生体領域を検出する。そして非生体領域検出部４３は、部分画像ごとに、前景領域に含まれる画素数及び非生体領域に含まれる画素数を算出し、それらの画素数を、対応する部分画像を示す情報とともに読取開始・終了タイミング決定部４６へ渡す。
なお、前景領域抽出部４２及び非生体領域検出部４３は、図５に示された処理部４の前景領域抽出部４２及び非生体領域検出部４３による処理と同様の処理を実行することにより、それぞれ、前景領域及び非生体領域を抽出できる。例えば、寄生容量が相対的に高い電極と寄生容量が相対的に低い電極が水平方向に交互に配置される場合、非生体領域を検出するフィルタは、例えば、図６に示されたフィルタ６００の一つの列を９０°回転し、各画素を水平に並べた形状を有する。
【００４８】
読取開始・終了タイミング決定部４６は、生体情報の読み取りを開始するタイミングと、生体情報の読み取りを終了するタイミングを決定する。読み取り開始タイミングとは、生体情報を含む生体画像を作成するために使用される最初の部分画像の取得タイミングであり、読み取り終了タイミングとは、生体画像を作成するために使用される最後の部分画像の取得タイミングである。したがって、静電容量センサは、読み取り開始タイミングより前、あるいは読み取り開始タイミングより後でもセンサ部２により部分画像を取得していることに留意されたい。
【００４９】
スワイプ型センサでは，生体情報読取開始時において、指などの生体をセンサに近づけると、生体から汗が蒸発する際に発生する水蒸気等によって、生体がセンサ面に触れていなくとも、センサ面に付着した汚れまたは残留指紋に応じた模様が部分画像上に表れる。一方、生体情報読取完了時においては、生体からの汗がセンサ面に直接こすり付けられ、センサ表面に付着する。そのため、生体がセンサから離れた後でも、汚れまたは残留指紋に応じた模様が部分画像上に表れる。
そこで、生体情報の読み取りを開始するタイミング及び生体情報の読み取りを終了するタイミングが適切に決定されなければ、生体情報が表された生体画像において、本来の生体情報とは異なる情報が表された領域が大きくなる。このような生体画像が照合処理に利用されると、照合処理の精度が低下してしまうおそれがある。
そのため、読取開始・終了タイミング決定部４６は、生体画像上で、センサ面に付着した汚れなどが表された領域が大きくならないように、生体情報の読み取りを開始するタイミング及び生体情報の読み取りを終了するタイミングを決定する。
【００５０】
読取開始・終了タイミング決定部４６は、各部分画像について、（８）式に従って品質指標Qを算出する。そして読取開始・終了タイミング決定部４６は、品質指標Qを、所定の読み取り開始閾値と比較する。そして読取開始・終了タイミング決定部４６は、読み取り開始閾値を最初に超えた品質指標Qに対応する部分画像の取得時を読み取り開始タイミングとする。また、読取開始・終了タイミング決定部４６は、読み取り開始タイミング以降に取得された各部分画像のうち、所定の読み取り終了閾値を最初に下回った品質指標Qに対応する部分画像の取得時を読み取り終了タイミングとする。
読取開始・終了タイミング決定部４６は、読み取り開始タイミング及び読み取り終了タイミングを処理部４へ通知する。そして処理部４は、読み取り開始タイミングが通知されると、それ以降に取得された部分画像を記憶部３に一時的に保存する。一方、処理部４は、読み取り開始タイミングが通知されるまでに取得された部分画像を廃棄する。また処理部４は、読み取り終了タイミングが通知されると、読み取り終了タイミングまでに取得され、記憶部３に保存された部分画像を、画像結像部４７へ渡す。
【００５１】
読み取り開始閾値は、読み取り終了閾値よりも低く設定されることが好ましい。生体情報読取開始時に関して、利用者が静電容量センサによる生体情報の読み取りに不慣れな場合、あるいは慣れすぎている場合には、生体とセンサが密着する前に生体がスライドされる傾向にある。そのため、静電容量センサが、確実に生体とセンサが密着してから生体情報の読み取りを開始すると、読み取られる生体の範囲が狭くなることがある。特に、生体をスライドさせる速度が速い場合には、生体とセンサが密着していると判定されるまでに生体が大きく移動してしまい、生体情報中の照合のために有用な特徴点が読み取り範囲から外れてしまうおそれがある。そこで、読み取り開始閾値は、例えば、0.3〜0.5程度に設定される。
【００５２】
さらに読取開始・終了タイミング決定部４６は、品質指標Qの代わりに、あるいは品質指標Qとともに、生体とセンサが接触している幅に基づいて読み取り開始タイミングを決定してもよい。この場合、生体とセンサが接触している幅は、前景領域から非生体領域を除いた残りの領域のうちの最大長とすることができる。
読取開始・終了タイミング決定部４６は、何れかの部分画像について、生体とセンサが接触している幅が接触幅閾値よりも大きくなった場合、その部分画像の取得時を読み取り開始タイミングとする。あるいは、読取開始・終了タイミング決定部４６は、何れかの部分画像について、生体とセンサが接触している幅が接触幅閾値よりも大きくなり、かつ品質指標Qが読み取り開始閾値よりも高くなった場合、その部分画像の取得時を読み取り開始タイミングとする。なお、接触幅閾値は、読み取り対象の生体の平均的な幅よりも低く、例えば、その生体の平均的な幅の1/4〜1/2に設定される。
【００５３】
なお、読取開始・終了タイミング決定部４６は、読み取り開始タイミングを決定するために、２段階の条件を設定してもよい。例えば、１段階目の条件では、読み取り開始閾値及び／または接触幅閾値は、２段階目の条件における読み取り開始閾値及び／または接触幅閾値よりも低く設定される。そして読取開始・終了タイミング決定部４６は、部分画像から取得された品質指標Qあるいは接触幅が、１段階目の条件を満たすと、その１段階目の条件を満たした部分画像及びそれ以降に取得された部分画像を記憶部３に一時的に保存する。その後、何れかの部分画像から品質指標Qあるいは接触幅が、２段階目の条件を満たすと、処理部４は、生体情報の読み取りを開始したことを利用者に通知するために、読み取り開始を示す信号を、インターフェース部５を介して接続された他の機器へ出力する。また、処理部４は、読取開始・終了タイミング決定部４６により、読み取り終了タイミングの通知を受けると、１段階目の条件が満たされた時から読取終了タイミングまでに取得された部分画像を記憶部３から読出し、画像結合部４７へ渡す。
【００５４】
生体情報読取完了時においては、生体がセンサの表面にこすり付けられたため、皮膚の組織片または汗などがセンサの表面に付着する。そのため、生体情報読取完了時に取得される部分画像には、センサ面に付着した皮膚の組織片または汗に応じた模様が表れる。そのため、読取終了閾値が低く設定されると、実際には生体のセンサ面に対するスライドが終了しているにもかかわらず、読取開始・終了タイミング決定部４６は読み取り終了タイミングを適切に決定できないおそれがある。また、仮に、センサ部に近接して生体接触検知器を設けたとしても、その生体接触検知器の検知対象域にはセンサ面が含まれないので、生体接触検知器は、センサ面そのものに対して生体が接触しているか否かを判定することは困難である。そして、読み取り終了タイミングが適切に決定されなければ、その生体画像を用いるその後の照合処理の開始が遅れてしまうので、生体認証処理に要する時間が長くなってしまい、利用者の利便性を損ねてしまう。そこで、読取終了閾値は、確実に読み取り終了を判定できるように、比較的高い値、例えば、0.5〜0.8程度に設定される。
さらに、読取開始・終了タイミング決定部４６は、読み取り開始タイミング以降に取得された部分画像の品質指標の最大値Qmaxを求めて、その最大値Qmaxを読取終了閾値の決定に利用してもよい。この場合、読取終了閾値は、例えば、品質指標の最大値Qmaxの1/2に設定される。
【００５５】
また、読み取り対象となる生体に水平方向の亀裂状の筋または傷が存在する場合がある。このような場合、読取開始・終了タイミング決定部４６は、一つの部分画像の品質だけで読み取り終了タイミングを決定すると、そのような筋または傷に相当する部分画像が取得されたタイミングを読み取り終了タイミングとしてしまうおそれがある。
そこで、読取開始・終了タイミング決定部４６は、読み取り終了タイミングを決定するために、読み取り開始タイミング以降に所定期間連続して取得された複数の部分画像の品質指標Qが、それぞれ読取終了閾値以下となったことを検出してもよい。この場合、読取開始・終了タイミング決定部４６は、所定期間連続して取得された複数の部分画像のうち、最初に品質指標が読取終了閾値以下となった部分画像の取得時を読み取り終了タイミングとしてもよい。このように、一定期間の間連続して品質指標Qが読取終了閾値以下となることを読み取り終了タイミングの判定条件とすることで、読取開始・終了タイミング決定部４６は、読み取り終了タイミングを誤検出することを防止できる。なお、所定期間は、例えば、0.1〜0.3msecに設定される。
【００５６】
良否判定部４４は、読み取り開始タイミングから読み取り終了タイミングまでに取得された複数の部分画像のそれぞれについて得られた、前景領域に含まれる画素数と非生体領域に含まれる画素数をそれぞれ合計する。良否判定部４４は、前景領域に含まれる画素数の合計と非生体領域に含まれる画素数の合計を、上記の（８）式に代入することにより、読み取り開始タイミングから読み取り終了タイミングまでに取得された複数の部分画像が結合された生体画像の品質指標Qを求める。そして良否判定部４４は、品質指標Qが、品質閾値Tq未満であれば、良否判定部４４は、生体画像は不良であると判定する。一方、品質指標Qが閾値Tq以上であれば、良否判定部４４は、生体画像は良好であると判定する。
この実施形態においても、良否判定部４４は、前景領域に含まれる画素の合計が所定の面積閾値Ts未満である場合も、画像は不良であると判定してもよい。
また、品質閾値Tq及び面積閾値Tsも、上記の実施形態と同様に決定される。
【００５７】
画像結合部４７は、読み取り開始タイミングから読み取り終了タイミングまでに取得された複数の部分画像を、時間順に垂直方向に結合することにより、生体画像を生成する。そして画像結合部４７は、良否判定部４４により、その生体画像の品質が良好であると判定されると、その生体画像をインターフェース部５を介して接続された他の機器へ出力する。
一方、画像結合部４７は、良否判定部４４により、その生体画像の品質が不良であると判定されると、その生体画像を廃棄する。
【００５８】
図１０は、処理部４により制御される、読み取り開始タイミング決定処理の動作フローチャートを示す。
処理部４は、センサ部２から各電極の静電容量に相当する電気信号を取得する（ステップＳ３０１）。
処理部４の画像生成部４１は、センサ部２から各電極の電気信号を取得する度に、各電極の静電容量に応じた画素値を持つ部分画像を生成する（ステップＳ３０２）。そして画像生成部４１は、生成した部分画像を、処理部４の前景領域抽出部４２、非生体領域検出部４３、読取開始・終了タイミング決定部４６及び画像結合部４７へ渡す。
前景領域抽出部４２は、部分画像から前景領域を抽出する。また非生体領域検出部４３は、その前景領域から非生体領域を抽出する（ステップＳ３０３）。そして非生体領域検出部４３は、前景領域の画素数及び非生体領域の画素数を処理部４の読取開始・終了タイミング決定部４６へ渡す。
【００５９】
読取開始・終了タイミング決定部４６は、前景領域に占める非生体領域の面積から部分画像の品質指標Qを算出する（ステップＳ３０４）。そして読取開始・終了タイミング決定部４６は、品質指標Qが読取開始閾値以上か否か判定する（ステップＳ３０５）。
品質指標Qが読取開始閾値未満である場合（ステップＳ３０５−Ｎｏ）、読取開始・終了タイミング決定部４６は、部分画像を廃棄する（ステップＳ３０６）。そして処理部４は、ステップＳ３０１以降の処理を繰り返す。一方、品質指標Qが読取開始閾値以上である場合（ステップＳ３０５−Ｙｅｓ）、読取開始・終了タイミング決定部４６は、その品質指標Qに対応する部分画像の取得時を読み取り開始タイミングとして決定する。そして処理部４は、その品質指標Qに対応する部分画像を記憶部３に保存する（ステップＳ３０７）。そして処理部４は、読み取り開始タイミング決定処理を終了する。
【００６０】
図１１は、処理部４により制御される、読み取り終了タイミング決定処理の動作フローチャートを示す。
処理部４は、センサ部２から各電極の静電容量に相当する電気信号を取得する（ステップＳ４０１）。
処理部４の画像生成部４１は、センサ部２から各電極の電気信号を取得する度に、各電極の静電容量に応じた画素値を持つ部分画像を生成する（ステップＳ４０２）。そして画像生成部４１は、生成した部分画像を、処理部４の前景領域抽出部４２、非生体領域検出部４３、読取開始・終了タイミング決定部４６及び画像結合部４７へ渡す。
前景領域抽出部４２は、部分画像から前景領域を抽出する。また非生体領域検出部４３は、その前景領域から非生体領域を抽出する（ステップＳ４０３）。そして非生体領域検出部４３は、前景領域の画素数及び非生体領域の画素数を処理部４の読取開始・終了タイミング決定部４６へ渡す。
【００６１】
読取開始・終了タイミング決定部４６は、前景領域に占める非生体領域の面積から部分画像の品質指標Qを算出する（ステップＳ４０４）。そして読取開始・終了タイミング決定部４６は、品質指標Qが読取終了閾値以下か否か判定する（ステップＳ４０５）。
品質指標Qが読取開始閾値以上である場合（ステップＳ４０５−Ｎｏ）、読取開始・終了タイミング決定部４６は、部分画像を記憶部３に保存する（ステップＳ４０６）。そして処理部４は、ステップＳ４０１以降の処理を繰り返す。一方、品質指標Qが読取終了閾値以下である場合（ステップＳ４０５−Ｙｅｓ）、読取開始・終了タイミング決定部４６は、その品質指標Qに対応する部分画像の取得時を読み取り終了タイミングとして決定する。そして処理部４は、記憶部３に記憶されている部分画像を画像結合部４７に渡す。画像結合部４７は、読み取り開始タイミングから読み取り終了タイミングまでに取得された複数の部分画像を、時間順に垂直方向に結合することにより、生体画像を生成する。（ステップＳ４０７）。そして処理部４は、読み取り終了タイミング決定処理を終了する。
【００６２】
以上に説明してきたように、この実施形態による、静電容量センサは、異なる寄生容量を持つ電極の配置パターンを検出することにより、センサ面に生体以外の導体が付着していても、読み取り開始タイミング及び読み取り終了タイミングを適切に決定できる。そのため、この静電容量センサは、生体画像に含まれる非生体領域を小さくできるので、生体認証に使用するのに適切な生体画像を生成できる。またこの静電容量センサは、生体情報の読み取り終了後に直ちに生体認証処理を開始させることができるので、生体認証処理に要する待ち時間を抑制できる。
【００６３】
さらに他の実施形態によれば、静電容量センサと接続された機器のプロセッサが、上記の各実施形態の処理部の機能を実行してもよい。この場合、静電容量センサは、各電極からの信号を増幅し、かつアナログ−デジタル変換した後、そのアナログ−デジタル変換された各電極の信号を、所定の順序に従ってインターフェース部を介して接続された機器へ出力する。
【００６４】
ここに挙げられた全ての例及び特定の用語は、読者が、本発明及び当該技術の促進に対する本発明者により寄与された概念を理解することを助ける、教示的な目的において意図されたものであり、本発明の優位性及び劣等性を示すことに関する、本明細書の如何なる例の構成、そのような特定の挙げられた例及び条件に限定しないように解釈されるべきものである。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、本発明の精神及び範囲から外れることなく、様々な変更、置換及び修正をこれに加えることが可能であることを理解されたい。
【符号の説明】
【００６５】
１    静電容量センサ
２    センサ部
２１−ij    電極
２２−１〜２２−４    基準電極
２３    保護層
２４    保護層表面
２５    基板
２６    導体
３    記憶部
４    処理部
５    インターフェース部
４１    画像生成部
４２    前景領域抽出部
４３    非生体領域検出部
４４    良否判定部
４５    ライン信号生成部
４６    読取開始・終了タイミング決定部
４７    画像結合部
【図１】
0005472319.tif 000010
【図２】
0005472319.tif 000011
【図３】
0005472319.tif 000012
【図４】
0005472319.tif 000013
【図５】
0005472319.tif 000014
【図６】
0005472319.tif 000015
【図７】
0005472319.tif 000016
【図８】
0005472319.tif 000017
【図９】
0005472319.tif 000018
【図１０】
0005472319.tif 000019
【図１１】
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