(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ上の指位置の指紋パターンの表皮隆起部汗孔と表皮隆起部を検知するための指紋センサを具備する識別システムであって、指紋センサは個々に作動できる感知セルのアレイを具備し、該セルの各々は該センサ上に位置する指の指紋パターンの表皮隆起部に依る各セルとの接触の有無に依って作動され、各作動された感知セルは作動された感知セル及び作動されない感知セルの相対位置を表すセンサ出力信号に寄与し、識別システムはセンサ出力処理手段を更に具備し、センサ出力処理手段はセンサ出力信号を受信し且つセンサ出力信号を処理して表皮隆起部と接触しておらず表皮汗孔と同じサイズであり接触しているセンサセルに囲まれたセンサアレイの部分の相対位置を決定して該センサによって感知された該感知された指紋パターンの該汗孔の相対位置を表す処理された信号を生成する手段を有し、識別システムは該処理された信号を記憶するメモリ手段を更に具備する、識別システム。
【請求項２】
感知セルの前記アレイはその長さと幅がいずれも実質的に100μｍ以下であるセルを具備する請求の範囲１記載のシステム。
【請求項３】
汗孔の場所は、アレイの各セルまたはセルのグループからの信号と、各隣接するセルまたはセルのグループからの信号を比較して決定される、請求の範囲第１項または第２項に記載のシステム。
【請求項４】
隆起部汗孔の幅はアレイの隣接する感知セルの中心間の距離の予め定められた整数倍に実質的に等しく、処理手段は、センサ出力信号を記憶する記憶手段と、センサ出力信号が記憶されるセンサ出力信号シフト手段と、４つの排他的論理和演算器と、３つの論理積演算器とを具備し、シフト手段はセンサ出力信号をマイナス予め定められた整数個の感知セル位置だけ並びにプラス予め定められた整数個の感知セル位置だけ２つの直交する方向にシフトして４つのシフトされた信号を生成し、第１と第２のシフトされた信号はそれぞれマイナス予め定められた整数個の感知セル位置だけ並びにプラス予め定められた整数個の感知セル位置だけ第１方向にシフトされたセンサ出力信号であり、第３と第４のシフトされた信号はそれぞれマイナス予め定められた整数個の感知セル位置だけ並びにプラス予め定められた整数個の感知セル位置だけ第１方向と直交する第２方向にシフトされたセンサ出力信号であり、センサ出力信号は第１と第２の排他的論理和演算器にそれぞれ第１と第２のシフトされた信号と共に入力されて第１と第２の排他的論理和演算器出力信号が生成され、センサ出力信号は第３と第４の排他的論理和演算器にそれぞれ第３と第４のシフトされた信号と共に入力されて第３と第４の排他的論理和演算器出力信号が生成され、２つの排他的論理和演算器の出力信号は第１の論理積演算器に入力され且つ他の２つの排他的論理和演算器出力信号は第２の論理積演算器に入力され、第１と第２の論理積演算器からの出力信号は第３の論理積演算器に入力されて表皮隆起部に位置する表皮汗孔を表わす処理手段出力信号が生成される、請求の範囲第３項に記載のシステム。
【請求項５】
隆起部汗孔の幅はアレイの隣接する感知セルの中心間の距離の予め定められた整数倍に実質的に等しく、処理手段は、センサ出力信号を記憶する記憶手段と、センサ出力信号が記憶されるセンサ出力信号シフト手段と、４つの排他的論理和演算器と、３つの論理積演算器とを具備し、シフト手段はセンサ出力信号をマイナス予め定められた整数個の感知セル位置だけ並びにマイナス２倍の予め定められた整数個の感知セル位置だけ２つの直交する方向にシフトして４つのシフトされた信号を生成し、第１と第２のシフトされた信号はそれぞれマイナス予め定められた整数個の感知セル位置だけ並びにマイナス２倍の予め定められた整数個の感知セル位置だけ第１方向にシフトされたセンサ出力信号であり、第３と第４のシフトされた信号はそれぞれマイナス予め定められた整数個の感知セル位置だけ並びにマイナス２倍の予め定められた整数個の感知セル位置だけ第１方向と直交する第２方向にシフトされたセンサ出力信号であり、第１のシフトされた信号は第１と第２の排他的論理和演算器にそれぞれセンサ出力信号と第２のシフトされた信号と共に入力されて第１と第２の排他的論理和演算器出力信号が生成され、第３のシフトされた信号は第３と第４の排他的論理和演算器にそれぞれセンサ出力信号と第４のシフトされた信号と共に入力されて第３と第４の排他的論理和演算器出力信号が生成され、２つの排他的論理和演算器の出力信号は第１の論理積演算器に入力され且つ他の２つの排他的論理和演算器出力信号は第２の論理積演算器に入力され、第１と第２の論理積演算器からの出力信号は第３の論理積演算器に入力されて表皮隆起部に位置する表皮汗孔を表わす処理手段出力信号が生成される、請求の範囲第３項に記載のシステム。
【請求項６】
隣接する感知セルの中心間の距離は隆起部汗孔の幅と実質的に等しい、請求の範囲第４項または第５項に記載のシステム。
【請求項７】
感知セルは、複数の平行する列と、感知セルの列と直交する複数の平行する行に配置されていて、センサ出力信号は感知セルの列と感知セルの行の方向と平行にシフトされる、請求の範囲第４項または第５項に記載のシステム。
【請求項８】
処理手段は、
センサ・アレイの第１部分に表皮隆起部が接触したかどうか監視する監視手段であって、該第１センサ部分の横幅は表皮隆起部の幅と等しいか其れより狭くて、該第１センサ部分内で個々に作動できる感知セルの状態を表す監視手段出力信号を生成する、監視手段と
センサ・パターンの第２部分内で接触された感知セルの総数を決定する加算手段であって、該第２センサ部分の横幅は隣接する表皮隆起部の中心線間の距離と等しいか其れより短くてその中心は該第１センサ部分と一致し、加算手段は該第２センサ部分内で接触された感知セルの数を表す加算手段出力信号を生成する、加算手段と、
監視手段出力信号と加算手段出力信号の組を記憶する第２メモリ手段であって、各組は、指が置かれたセンサ・アレイの該第１と第２の部分に依って同時に生成される時に、該第１センサ部分に位置する隆起部細部に対応する、監視手段出力信号と加算手段出力信号を表している、第２メモリ手段と、
監視手段出力信号と加算手段出力信号を該第２メモリ手段に記憶されている信号の組と比較する第２比較手段であって、監視手段出力信号と加算手段出力信号がメモリ手段に記憶されている該信号の組の１つと一致する時に、該第１センサ部分に於ける隆起部細部の存在を表す第２比較手段出力信号を生成する、第２比較手段とを具備する、請求の範囲第１項から第７項の何れか一項に記載のシステム。
【請求項９】
隣接する個々に作動できる感知セルの中心は実質的に100μｍ離れていて、前記第１センサ部分は横幅が実質的に200μｍの方形を形成する４つの感知セルを具備し、前記第２センサ部分は横幅が実質的に600μｍの方形を形成する36個の感知セルを具備し、第１と第２の信号の組が前記第２メモリ手段に記憶されていて、該第１の信号の組は４つの接触されたセルを有する第１センサ部分を表す第１信号と15個の接触されたセルを有する第２センサ部分を表す第２信号を具備し、第２の信号の組は接触されていないセルを有する第１センサ部分を表す第３信号と21個の接触されたセルを有する第２センサ部分を表す第４信号を具備している、請求の範囲第８項に記載のシステム。
【請求項１０】
処理手段は表皮隆起部汗孔と表皮隆起部細部の間の距離を計算する計算手段を含んでいる、請求の範囲第８項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記許容手段は、予め定められたまたは選択された順序で、前記感知された表皮隆起部細部の各々から前記感知された表皮隆起部汗孔の各々にかけての距離を計算して、計算された距離の順序列または順序列を表わす順序列信号を生成する手段を含んでいる、請求の範囲第10項に記載のシステム。
【請求項１２】
前記順序列は記憶されている順序列と比較され、第１の順序列の予め定められた部分より多い部分が記憶されている順序列と一致する時に、承認信号が生成される、請求の範囲第11項に記載のシステム。
【請求項１３】
請求の範囲第１項から第12項のいずれかに記載の識別システムを含む記憶システムであって、許容信号の組を記憶するシステムメモリ手段と、処理された信号をシステムメモリ手段に記憶された該許容信号の組と比較する比較手段と、処理された信号が許容信号と一致する時に承認信号を生成する承認手段をさらに具備する認証システム。
【請求項１４】
指紋センサと共に使用するための識別方法であって、指紋センサは個々に作動できる感知セルのアレイを具備し、各感知セルはセンサ上に位置する指の指紋パターンの表皮隆起部に依る各セルの接触の有無に依って作動され、該アレイは置かれた表皮隆起部の表皮汗孔を感知するに充分なだけ微細であり、各作動された感知セルは接触された感知セルの相対位置を表すセンサ出力信号に寄与し、識別方法は、センサ出力信号を処理して感知された指紋パターンの表皮汗孔の相対位置を表す処理された信号を生成するステップと、処理された信号をメモリ手段に記憶するステップを具備する、識別方法。
【請求項１５】
処理手段は表皮汗孔と同じサイズで且つ接触された感知セルに依って囲われている感知パターンの接触されていない部分の相対位置を決定する、請求の範囲第14項に記載の方法。
【請求項１６】
汗孔の場所は、アレイの各セルまたはセルグループからの信号と、各隣接するセルまたはセルグループからの信号を比較して決定される、請求の範囲第15項に記載の方法。
【請求項１７】
センサ出力信号を記憶し、記憶されたセンサ出力信号をマイナス汗孔の幅と実質的に等しい感知セル位置だけ並びにプラス汗孔の幅と実質的に等しい感知セル位置だけ２つの直交する方向にシフトして４つのシフトされた信号を生成し、第１と第２のシフトされた信号はそれぞれマイナス汗孔の幅と実質的に等しい感知セル位置だけ並びにプラス汗孔の幅と実質的に等しい感知セル位置だけ第１方向にシフトされたセンサ出力信号であり、第３と第４のシフトされた信号はそれぞれマイナス汗孔の幅と実質的に等しい感知セル位置だけ並びにプラス汗孔の幅と実質的に等しい感知セル位置だけ第１方向と直交する第２方向にシフトされたセンサ出力信号であり、センサ出力信号を第１と第２の排他的論理和演算器にそれぞれ第１と第２のシフトされた信号と共に入力して第１と第２の排他的論理和演算器出力信号を生成し、センサ出力信号を第３と第４の排他的論理和演算器にそれぞれ第３と第４のシフトされた信号と共に入力して第３と第４の排他的論理和演算器出力信号を生成し、２つの排他的論理和演算器の出力信号を第１の論理積演算器に入力して第１の論理積演算器出力信号を生成し、残りの２つの排他的論理和演算器出力信号を第２の論理積演算器に入力して第２の論理積演算器出力信号を生成し、第１と第２の論理積演算器出力信号を第３の論理積演算器に入力して表皮隆起部に位置する汗孔を表す信号を生成するステップを具備する、請求の範囲第14項に記載の方法。
【請求項１８】
センサ出力信号を記憶し、記憶されたセンサ出力信号をマイナス汗孔の幅と実質的に等しい感知セル位置だけ並びにマイナス２倍の汗孔の幅と実質的に等しい感知セル位置だけ２つの直交する方向にシフトして４つのシフトされた信号を生成し、第１と第２のシフトされた信号はそれぞれマイナス汗孔の幅と実質的に等しい感知セル位置だけ並びにマイナス２倍の汗孔の幅と実質的に等しい感知セル位置だけ第１方向にシフトされたセンサ出力信号であり、第３と第４のシフトされた信号はそれぞれマイナス汗孔の幅と実質的に等しい感知セル位置だけ並びにマイナス２倍の汗孔の幅と実質的に等しい感知セル位置だけ第１方向と直交する第２方向にシフトされたセンサ出力信号であり、第１のシフトされた信号を第１と第２の排他的論理和演算器にそれぞれセンサ出力信号と第２のシフトされた信号と共に入力して第１と第２の排他的論理和演算器出力信号を生成し、第３のシフトされた信号を第３と第４の排他的論理和演算器にそれぞれセンサ出力信号と第４のシフトされた信号と共に入力して第３と第４の排他的論理和演算器出力信号を生成し、２つの排他的論理和演算器の出力信号を第１の論理積演算器に入力して第１の論理積演算器出力信号を生成し、残りの２つの排他的論理和演算器出力信号を第２の論理積演算器に入力して第２の論理積演算器出力信号を生成し、第１と第２の論理積演算器出力信号を第３の論理積演算器に入力して表皮隆起部に位置する汗孔を表す信号を生成するステップを具備する、請求の範囲第14項に記載の方法。
【請求項１９】
汗孔の幅は隣接する感知セルの中心間の距離と実質的に等しい、請求の範囲第17項または第18項に記載の方法。
【請求項２０】
識別特長部は表皮隆起部細部をさらに含んでいる、請求の範囲第14項に記載の方法。
【請求項２１】
許容信号の組がメモリに記憶され、処理された信号を該メモリに記憶された該許容信号の組と比較するステップと、該処理された信号が許容信号と一致する時に承認信号を生成するステップをさらに含む請求の範囲第14項ないし第19項のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
本発明は指紋センサに関する。
本発明は、指紋センサとともに使用するための識別方法であって、指紋センサは個々に作動できる感知セルのアレイを具備し、感知セルの各々はセンサ上に位置する指の指紋パターンの表皮隆起部に依る各セルとの接触の有無に依って作動され、作動された感知セルの各々は作動された感知セルの相対位置を表すセンサ出力信号に寄与するものであり、該識別方法は、センサ出力信号を処理して感知された指紋パターンの識別特長部の相対位置を表す処理された信号を生成し、処理された信号をメモリ手段に記憶されている１組の許容信号と比較し、処理された信号が許容信号と一致する時に認証信号を生成するステップを具備するものを提供する。
本発明は、個々に作動できる感知セルのアレイと、個々に作動できる感知セルの上方に密閉空間を形成する弾性的に変形できる膜を具備するセンサであって、密閉空間には予め選択された量の実質的に圧縮不能の流体が全体的に充填されていて、個々に作動できるセルは、膜の変形に依って作動され、作動されたこれらのセルを作動されなかったものから区別する出力信号を生成するものも提供する。
本発明は、個々に作動できる感知セルのアレイを具備する指紋センサであって、各セルは、指紋の表皮隆起部に依るセルとの接触の有無に相応して振動できる感知要素と、感知要素を振動する駆動手段を含んでいて、センサは、感知要素の各々の振動の度合いに応答して表皮隆起部に依って接触されたこれらの要素を接触されていないものから区別する出力信号を生成する検出手段を更に具備するものも提供する。
本発明の具体例を、例として、添付の図面を参照しながら説明する。
図１は本発明が適用されたクレジットまたはバンク・カード検証システムを示し、
図２ａと２ｂは、本発明が適用された別のクレジット、ID、またはバンク・カード検証システムの側面図と平面図を各々示し、
図３は図１または図２のカードの最上面の図であり、
図４は、表面の一部が切り欠かれたカードの図であり、
図５は、カードが湾曲されない状態で、電子部品がカード上に支えられることを示すカードの一部の断面であり、
図６は、図５と類似しているが、カードが湾曲されている図であり、
図７は図３のカードに搭載されたセンサの平面図であり、
図８は別のセンサ構造の平面図であり、
図９は図８のセンサの斜視図であり、
図10ａと10ｂは、図７のラインVII−VIIに沿う部分的な断面図であり、各々、膜が変形していない場合と変形している場合を示し、
図11ａ〜11ｑは、数多くの異なる層に依って形成された別の感知セル構造の層の一部の平面図であり、
図12ａ〜12ｃは、図11ａ〜11ｇのセンサの層の一部の３次元の図であり、
図13ａ〜13ｂは、図11と12の感知セルの動作の略図であり、
図14は、振動できる感知要素を備えた感知セルの上部層の別の構造の断面図であり、
図15は図14の詳細部の拡大図であり、
図16ａと16ｂは図14の感知セルの動作の略図であり、
図17は更に別のセンサ構造の断面図であり、
図18ａ〜18ｃは、振動できる感知要素を備えたセンサの３つの更に別の感知要素の図であり、
図18は振動できる感知要素の図であり、
図20は指紋センサの詳細部の略図であり、
図21は図１のカード受取器の窓部を示し、
図22は、その上に指が置かれた図21に図示される窓部を示し、
図23は図21と22の熱電対アレイの部分を拡大して示し、
図24は或る熱電対の断面を更に拡大して示し、
図25はカードとカード受取器の間のデータの流れを示す図であり、
図26は検証方法を示す流れ図であり、
図27は指紋の形状の特長を定める方法を示す流れ図であり、
図28は指紋パターンの表皮隆起部の汗孔の位置を決定する方法を示す流れ図であり、
図29は指先の汗孔の位置を決定する方法を示し、
図30は汗孔の位置決定方法に対する入力と出力をグラフで示し、
図31は隆起部の細部の位置を決定する方法を示す流れ図であり、
図32は隆起部の細部の位置を決定する別の方法を示す流れ図であり、
図33は指紋の細部（指紋の細部は表皮隆起部が終了または分岐するパターンのポイントになる）の位置を決定する方法を示し、
図34ａ〜34ｂは、指紋隆起部の終了または分岐に依って作動されるセンサの部分を各々示し、
図35は細部位置決定方法に対する入力と出力をグラフで示し、
図36は指紋パターンの特長を分類するシステムの図であり、
図37は感知された指紋パターンを分類する方法を示す流れ図であり、
図38は、クレジットまたはバンク・カード検証システムのデータの流れを示すブロック図である。
指紋パターンを決定する指紋センサについて、例として、図１〜24を参照しながら説明する。
図１を見ると、センサ２と電気接点３を具備するクレジット・カード１は、カード受取器５のスロット４に取外し自在に挿入できる。カード受取器５は窓部６を備え、受取器に置かれたカードのセンサ２の上に窓部６を通して指の一部が押し付けられる。
図２は検証システムの別の形態を示す。
磁気ストリップを有するクレジット・カードは押込み読取器30を介して押し込まれ、カードの所有者または承認済みのユーザの詳細が磁気ストリップから読み取られる。カード受取器31は内蔵センサ２とマイクロプロセッサ32を搭載している。マイクロプロセッサはNeural Instruction Set Processorでよい。
プラスチック・キャリア７には、ニッケルの薄い層８（約0.05mmの厚み）がその表面に電鋳してある。ニッケル層は、陽極酸化されて、ポリイミドの薄い均一の層で表面処理されている。
センサ２と、センサ入力（またはドライバ）９とセンサ出力（またはラッチ）10とカード・マイクロプロセッサ１１と電気接点３を含めた其の付随する電気回路が、不活性ニッケル支持層８に搭載されている。センサ回路２と３と９と10と11とプラスチック・キャリア７はISO基準に適合するためにプラスチック・カードのケース12の内部に封入されている。
プラスチック・カード要素７と12と比べてニッケル支持要素８の弾性係数が高いので、ニッケル支持要素８の内側に及びそれを通ってカードの屈曲に対する中立軸が形成される。センサ電子要素３と９と10と11は、従って、カードが湾曲される時の屈曲歪に対して中立である軸に接近している。
図４と７を見ると、センサ２は８つの個別の入力ゲート・アレイ９に依って駆動され、その出力は８つの個別の出力ゲート・アレイ10に接続されている。ゲート・アレイの各々は、約１mmの方形であり、センサの一部に接続されている。
ゲート・アレイは、方形センサ２の周辺に４つの入力アレイ９のグループと４つの出力アレイ10のグループとが交互になるように配置されている。
図８は、センサ２が16個の入力ゲート・アレイ９に依って駆動され、その出力が16個の出力ゲート・アレイ10に接続されている、別の構造を示す。入力と出力のゲート・アレイの数は、センサ・アレイのサイズと、その感知セルの密度と、ゲート・アレイの能力に依存する。図８のセンサのゲート・アレイ９と10は、８つの入力ゲート・アレイのグループと８つの出力ゲート・アレイのグループとが交互になるように配置されている。
センサ２は、標準ピン・グリッド・アレイ・パッケージ（図９を参照）に適合している。センサ２には、センサとパッケージに接続された回路の間のパワーとデータの流れのために電気的接触を形成するピン33が設けられている。
ゲート・アレイの各々は、0.13mm方形の軟質ハンダの柱（またはパッド）13（図５を参照）を用いて、カードの電気回路に接続されている。軟質ハンダ13は各ゲート・アレイの中心の近くに配置されているので、カード１が湾曲すると、シリコン・ゲート・アレイ９と10と比べると低い弾性係数をもつ軟質ハンダ13は、湾曲部に相応して任意の歪みを吸収できる。
センサ２は、変形しない支持要素に取り付けられた圧力感知セル（約100μｍ平方）の方形マトリクス14（12.55mm×12.55mm）を含んでいる。
図７と10aと10ｂを見ると、第１タイプのセンサ・アレイ（またはマトリクス）構造のセルは、列と行に配置された数多くの電気導体の交差ポイントに依って構成されている。この圧力感知セルのマトリクス14の構造は欧州公開公報第459808号に詳細に説明されている。
センサ・マトリクス14とゲート・アレイ９と10は、フローライン製造プロセスに適した一連の段階においてニッケル層に付着される。ゲート・アレイ９と10は不活性ニッケル支持層の予め設定された位置に最初に付着される。センサ・マトリクスを形成する電気導体の列と行は、別々の操作で付着され、出力ゲート・アレイと入力ゲート・アレイにそれぞれ直接接触するように付着される。
薄いMYLAR（商標）膜16（５〜20μｍ、好ましくは５〜10mmの厚み）は、その下部表面に金属材料と接触ブリッジのアレイが付着されていて、導体の列と行の約20mm上方に支えられている。
電流は入力ゲート・アレイ９を介してマトリクスの行に送られ、列と行の間の抵抗接続は、膜接触ブリッジが交差ポイントと接触する時に現れる。列と行の入力と出力の電流は、欧州公開公報第459808号に説明されるようにして測定されて、各々交差ポイントの状態を表す信号を与える。これらの信号はシフト・レジスタにラッチされる。
円形の弾性部材15は、センサ２とゲート・アレイ９と10の周囲に伸びる円形の溝に位置している（図７を参照）。
膜16は、弾性部材15に固定されて、残留張力を受ける。膜16と弾性部材15は、調節された量の非圧縮性シリコン液体18で充填された密閉空間17を形成する。
指がMylar膜16に押されると、予め選択された量のシリコン液体は、指紋パターンの形状に相応するように膜を押し込む。指紋隆起部に相応する膜16の部分はセンサ・マトリクスと接触する。膜接触ブリッジは、これらの指紋隆起部に対応するマトリクス内部の位置でマトリクスの列と行を接続し、指紋パターンを表す電気信号のマトリクスが生成される。
シリコン液体の量は、指先がMylar膜16上で押し込まれる時に、これらの表皮隆起部と接触する膜16の部分が導体の列と行に接触し、これらの表皮谷部に対応する膜16の部分が表皮谷部に向けて広がるように非圧縮流体に依って変形されることを保証するように選択される。
シリコン液体の量は、従って、谷部の容積と等しいか小さくなるように選択すべきである。液体の量が谷部の容積より大きいと、膜接触ブリッジは交差ポイントと接触しない。さらに、シリコン液体の量はこれらの谷部に対応する膜16の部分が、これらの隆起部に対応する膜16の部分と明確に識別できるように、谷部に相応して十分に変形できることを保証できる十分な量にすべきである。
シリコン液体18はMylar膜16の勘合性すなわちセンサの精度を改善する。液体は隆起部の外形を滑らかにして、微細な隆起部のバラツキを解消する効果ももたらす。
指紋の隆起部と谷部は各々約400μｍの幅であり、指の汗孔は約100μｍの幅である。従って、マトリクス（100μｍ平方のセルから成るマトリクス）によって生成された出力は、指紋隆起部と、これらの指紋隆起部に位置する汗孔を識別できる（図30と33を参照）。
弾性部材15は、膜16が歪められて其の平衡位置に存在できない時に弾性的に変形する（図10ａと10ｂを参照）。弾性部材15の変形は、膜張力の上昇を導くので、膜16を其の平衡位置に戻すように作用する。
従って、弾性部材15は、膜16に指でとらえられて偽り或いは誤りを生ずるようなデータを生成する恐れのある折り目の発生の可能性を小さくする。
図11と19を見ると、別のタイプのセンサ構造において、セル34は振動可能な圧電感知要素35のマトリクスから形成されている。感知要素35の振動は、そこに応力を誘導して電界を生成する。振動する感知要素35と指紋パターンの表皮隆起部との接触は、振動を和らげるので、その振動に付随する応力に依って圧電材料内部に生成された電界も変えることになる。
プラスチック、ガラス、シリコン、または他の適切な絶縁材からつくられる実質的に非変形性の絶縁基質36（図11ａを参照）が金属材料に依るメッキまたは真空蒸着に依ってマスクされて表面処理されて数多くの平行する行の電極37が94μｍの幅で且つ６μｍ離隔して形成れる。隣接する行37の中心間の間隔がセンサ・セルの幅を決定する。セル密度は、行電極37の幅または間隔あるいはその両方を変更すると調節できる。
ポリイミドのような絶縁材の第１の層38（図10ｃと11ｂを参照）が行電極の上部に付着される。第１通路39が第１絶縁層38を経由して行電極37に達する。
金属基質の第２の付着（図10または図11に図示されていない）が、第１絶縁層に依って行電極から分離され且つ第１絶縁層の第１通路から離れている平行列電極（図11または図12に図示されていない）を与えるために行われる。列電極は、行電極と直交し100μｍ間隔で離隔されている。これは、行電極と実質的に同じ手順であり、図11または図12に図示されていない。
次に第２絶縁層が列電極（図示されていない）に付着される。第１と第２の通路は、それぞれ絶縁層を経由した列と行の電極へのアクセスを可能にするために其こに設置されている。
ニクロムまたは小さい温度係数の類似の安定した材料の薄膜抵抗40が第２絶縁層に付着され、一端が行電極に第１通路を介して接続されている。他の構造においては、薄膜抵抗40は行電極の下方に付着され且つ適切な通路に依って接続されている。薄膜抵抗は、センサ・セルの内部に納まり、かつ、其の抵抗を最大限にするように曲がりくねった形で付着される。薄膜抵抗の抵抗値は、絶縁材に依って分離された抵抗の連続する層をつくると更に大きくできる（図19を参照）。
更なる絶縁層46がニクロム抵抗に付着される。第１の通路39と第２の通路（図示されていない）は、それらは、抵抗（つまり行電極）と列電極へのアクセスを可能にするために与えられている。
ポリふっ化ビニデン（PVDF）のような圧電材料の２つの分離した交差指型（インターディジタル）の要素35と48が、絶縁層46（図11ｆと12ｅを参照）に更に付着される。１つの圧電要素48（駆動要素）は、抵抗と行電極に第１通路を経由して接続されている第１末端と、アース（またはグランド）に接続されている其の第２末端を有している（図13ａを参照）。第２圧電要素35（作動要素）は、第２通路を経由して列電極になる第１末端と、アース（または地面）に接続されている第２末端を備えている（図13ｂを参照）。各セルの圧電要素35と48は隣接するセルの圧電要素から分離されている。
次にクロムのような金属基質49の層が交差指型の圧電要素35と48の上に付着される。各セルの第１（すなわち駆動）と第２（すなわち作動）要素の上のクロム層は隣接するセルの層から分離されている。他の構造において、各列の駆動要素の上の金属基質層は、列に沿って単一の連続する層を形成するように接続できる。
クロム層49は、PVDFの支持要素として作用して、センサ表面の全体にわたって指先に依ってセンサに加えられる熱を導いて赤外線を除去する。感知要素上のクロム層は、クロム層に直接接続できる別の構造の列電極に適した接触点（バス）としても使用できる。センサの行電極37の各々は、交流電圧のパルス51を第１駆動電圧要素に印加できる交流電源に接続されている（図13ａを参照）。交流電圧のパルスは駆動圧電要素48を振動させる（図13ａを参照）。電源は方形波パルスであり、その振幅はTTL電圧の範囲に入っている。行電極は本質的にセンサ・アレイに対する入力バスである。駆動要素の振動は第２感知要素35を共振状態で振動させる。この感知要素の振動は、そこに応力を誘導して、列電極52に電圧を生成する感知要素に電界を生成する（図13ｂを参照）。センサ・アレイの列電極からのこれら電圧出力は、センサ・アレイ・システムの出力バスを形成して、感知回路53に依って監視される。
指紋パターンの表皮隆起部に依る感知要素35との接触は、その振動を弱めて、その圧電特性に依って感知要素に生成された電界に変化を生じる結果になる。これは、表皮隆起部との接触に依って作動されたセルと作動されていないセルの間に異なる出力信号を発生する結果になる。
入力または出力あるいはその両方の回路には、特定のセルを選択して其の状態を決定する手段を備えることができる。
これらの出力の変化は監視され、作動されたセンサ・セルと作動されていないセンサ・セルの相対位置が決定される。
出力はセンサ・アレイのセルの各々に対応する位置を有するマトリクスに依って表され、作動されたセルは“１”（すなわちハイ）で、作動されていないセルは“０”（すなわちロー）で表される。
図14を見ると、駆動54と感知55の要素の他の構造では、同じ水平位置で交差指型をとるのでなく上下に配置される。感知要素55は、空隙部61を形成する絶縁スペース60に依って駆動要素54の上方に支えられている。
絶縁層（図示されていない）に依って互いに分離された列と行の電極は、前述と類似の状態で基質上に付着されている。
更なる絶縁層が列電極上に付着される。次に、第３の走査電極71が、別の絶縁層の付着に依ってカバーされる前に、この更なる絶縁層の上に付着される。これは、図14に図示されていないが、周知の技術なので詳細に説明されない。
走査電極は、アレイを走査する際に順に各セルまたはグループのセルのアドレスを指定するためにアドレス指定回路69に接続されている。
次にニクロムのような薄膜抵抗６２が、前述と類似の状態で絶縁層に付着される。この抵抗層62自身は、絶縁層に依ってカバーされる（図示されていない）かまたはカバーされない状態になる。
次に、絶縁スペーサ60が薄膜抵抗62の末端の周囲に付着される。次に、完成したセンサから溶解等により除去できる材料の犠牲層が薄膜抵抗に付着される。犠牲層の後の剥離が空隙部61を層構造に生成する。次に金属基質63（例えば、クロム）とPVDF64と金属基質63の連続する層が、薄層構造の圧電駆動要素54を形成するために付着される。駆動要素の１端は行電極に、他端はアース（図16ａを参照）に、前述と類似の状態で接続されている。絶縁裏材66を具備する通路65が、そこを通るようにして構成されている。
次に更なる絶縁スペーサ60と第２犠牲層が前述と類似の状態で付着される。金属基質63とPVDF 64と金属基質63の連続する層が薄層構造の圧電感知要素55を形成するために付着される。感知要素は、走査電極71に順に接続されている薄膜抵抗62に駆動要素の通路を経由して接続された１端と、駆動要素（図14で点線で図示されている）の通路67を経由して且つ薄膜抵抗と絶縁層の通路を経由して列電極に接続された他端を、前述と類似の状態で備えている。列電極は感知回路53に対する入力を形成する。次に犠牲層がセルから外されて、空隙部61または空間を２つの圧電要素54と55の間に且つ駆動要素54と薄膜抵抗62の間に生成する。
駆動要素と感知圧電要素の形状は、交流電源の周波数と等しい共振周波数を有するように選択される。
センサの行電極68は、方形波交流電圧のパルス51を駆動要素54に印加して、それを其の共振周波数で振動させることができる交流電源に全て接続されている。駆動要素の振動は、感知要素55を共振状態で振動させるので、感知要素内部に生成された電界に変化が生じる結果になる。
感知要素と指紋パターンの表皮隆起部との接触は、その振動を弱めて、その圧電特性に依って感知要素に生成された電界に変化が生じる結果になる。これは、表皮隆起部との接触に依って作動されたセルと作動されていないセルの間に異なる出力信号が現れる結果になる。
各セルの状態は、左上から右下のように、アレイを走査して決定される。アドレス指定回路68はアドレス指定信号を各々感知要素に順に印加する。このアドレス指定信号は、感知回路51に依って監視される走査セルの状態を表す出力を生成する。
全体のセルは指紋パターンを表す信号の出力マトリクスを生成するために走査される。これはアレイ内部の各セルの場所に対応する位置を有するマトリクスと見なされ、その場合に、作動されるセルは（“１”）（すなわちハイ）信号に依って、作動されないセルは（“０”）（すなわちロー）信号に依って表される。
本発明の駆動と感知の圧電要素の形状は、交流電源の周波数と等しい共振周波数を有するように選択される。
圧電要素の弾性係数は、ポリイミドとクロムの層の係数と比べると小さい。
Ｅ（ポリイミド）＝４×109 Pa
Ｅ（PVDF）＝２×109 Pa
Ｅ（クロム）＝≦200×109 Pa
従って、振動システムはクロム層に近い剛性を有する均一の弾性支持要素上に支持され金属のはりのように挙動するが、更に正確には、
曲げ剛性（Ｅ１）は下記から与えられ、
EI＝（ECR ICE＋EPVDF IPVDFPa E4
そしてPVDFとクロム層の組み合わせの固有または共振周波数（Fn）は下記から与えられ
Fn＝（（9.55×3.52）／60）×（（EI）／（μ×１4））1/2 HX
ここで：μ＝要素の質量／単位長
１＝電極の有効長
従って、５μｍの厚みのPVDF層と、２μｍの厚みのクロム層と、80μｍの有効長を有する感知要素は、707kHzの固有または共振周波数を備えている。
出願人は、振動要素に印加される外部減衰力（すなわち表皮隆起部との接触に対する応答）の影響は、周波数が高くなるにつれて減少することを発見した。そこで、出力の変化と表皮隆起部接触に対する応答が最適化される場合に、振動要素は、できるだけ低い周波数で共振されなければならない。
要素の厚みに制限があるので制御因子は有効電極長である。有効長は、曲がりくねった形の圧電層（または複数の層）（図17ａ〜17ｃを参照）を使用すると長くなる。
図17と18ａと19は更に別の構造のセンサを示す。図17と18ａと18ｃを見ると、駆動要素と感知要素が分離されていない。金属層71を有する単一の（例えばPVDFの）圧電要素70は、薄膜抵抗を経由して行電極（すなわち、入力バス）に接続された第１末端と、アース（または地面）に接続された第２末端を有していて、その長手方向の一点において列電極（すなわち出力バス）と接続されている。図17はアース（または地面）に対する接続を示していない。センサの層の構造は前述と同じである。
要素に印加される交流電圧のパルスは、それを、前述の図11と12と14のセンサの駆動要素と同様に其の固有または共振周波数で振動される。
この振動は、振動が前述と同様に表皮隆起部との接触に依って弱められる時に変化する出力信号を出力バスに生成する。
圧電要素70は、その有効長を増加させる、すなわち、その振動の固有または共振周波数を減少させるように曲がりくねった構造を備えている。
図18ａ〜18ｃの構造は、有効長が約600μｍであるが100μｍ平方の感知セルの内部に十分に入る小形の振動できる要素の生成を可能にする。図18ａ〜18ｃの振動できる要素の固有または共振周波数約12.6kHzである。圧電要素の曲がりくねった構造は、前述の上部と下部の圧電要素を具備するセンサとともに採用することもできる（図14）。
カード受取部（図21を参照）は受取器窓部６（図１を参照）またはセンサ（図２を参照）の周囲に位置する熱電対のアレイを備えている。アレイは、11本のライン19に配置された複数の熱電対20を具備している。各熱電対20は、指が存在する場合に電気信号を生成する。電気信号は、受取器窓部６上で押された指21の方向と幅の決定を可能にする。
熱電対アレイは、第１の低レベル・セキュリティの識別として、且つ、ユーザに、彼の指の位置を再設定することを（正しく位置していない場合）または彼の指が受取器窓部６上に正しく位置していることを確認することを促すディスプレイの駆動の両方の趣旨に使用できる。
カード受取器５は１組の電気接点をスロット４の内部に備えていて、それは、スロット４に挿入されたカードのカード接点３と接触して、カード受取器とカードの間のデータとパワーの交換を可能にする。
本発明が適用されたクレジットまたはバンク・カード取引承認システムは、次のように作動する。
新しいカードを受け取ると、ユーザは、カードをカード受取器に挿入して、選択された指先の選択された部分をセンサに対して受取器窓部（図１を参照）を介して或いはカード受取器（図２を参照）上で押す。彼の指の形状と指紋を識別できる特長がカード・マイクロプロセッサに記憶される（基準データ）。この手順は、標準クレジットまたはバンク・カードに対する著名又はPIN（個人識別番号）の選択と等価である。
ユーザは、次に彼がクレジット・カードまたは銀行取引を実施したいと希望する時は彼のカードをカード受取器に挿入して、彼の選択された指の選択された部分をセンサに押し込む。感知された指のデータ（すなわち、測定されるデータ）は、記憶済みの指データと比較され、２組のデータが一致すればカード受取器から認証番号が与えられる。
識別のための指の特長を決定し比較する方法を、例を用いて、図25〜38を参照しながら説明する。
この方法において感知された指紋の部分内の隆起部細部と隆起部汗孔の場所と分布状態と、予め定められた１つ以上の点における指の幅を決定するためにセンサ出力データが解析される。幅の測定によりユーザの第１の識別パラメータまたは特長が得られる。次に隆起部細部と細部分布における隆起部汗孔の相対位置と汗孔分布とがそれぞれ記憶され、それらは特定の指紋パターンを区別または識別する特長部を与える（図26を参照）。これらはユーザの第２の識別パラメータまたは特長を定める。
センサ出力データは電気信号の出力マトリクスとして表され、指紋パターンの表皮隆起部に依る接触の有無に依って作動されたセンサ・セル（導体交差ポイントまたは振動可能な感知要素）は、作動されていないセンサ・セルと区別される（例えば、作動されたセルは“１”または“ハイ”に依って、作動されていないセルは“０”または“ロー”に依って表される）。
熱電対アレイからの出力信号を分析して指の輪郭を決定することによって指の大きさが特定される（図27を参照）。２つの予め設定された位置における幅の値が指の輪郭を特長付けるために用いられる。それは指先から５mm及び指先から17.8mmの位置における幅である。
表皮隆起部の汗孔の場所は、センサ出力データを解析して、隆起部汗孔と同じサイズであり且つ作動されたセンサ・セルに依って囲われているセンサ・マトリクスの非作動部分の場所を定めて決定される（図28と29と30を参照）。
出力マトリクスは、マトリクスの列方向に平行にマイナス１センサ・セル位置及びマイナス２センサ・セル位置だけ（１セル位置は、隣接するセンサ・セル間の距離すなわち100μｍになり且つ表皮汗孔のサイズとほぼ等しい）シフトされてそれぞれ第１と第２のシフトされたマトリクスが生成され、マトリクスの行方向と平行にシフトされてそれぞれ第３と第４のシフトされたマトリクスが生成される。
第１のシフトされたマトリクスと出力マトリクスは、第１の排他的論理和演算器に入力されて、第１の排他的論理和演算器出力マトリクス（排他的論理和演算は２組のデータ間の違いだけが記憶されているものである）を生成する。第１のシフトされたマトリクスと第２のシフトされたマトリクスは、第２の排他的論理和演算器に入力されて、第２の排他的論理和演算器出力信号を生成する。
第３のシフトされたマトリクスは、第３と第４の排他的論理和演算器に出力マトリクスと第４のシフトされたマトリクスと共にそれぞれ入力されて、第３と第４の排他的論理和演算器出力マトリクスを各々生成する。
４つの排他的論理和演算器出力マトリクスは２つのペアにグループ化され、各ペアは第１と第２の論理積演算器にそれぞれ入力される（論理積動作は、２組のデータ間の等しさのみが記憶されているものである）。
生成された２つの論理積演算器出力マトリクスは第３の論理積演算器に入力される。生成される第３の論理積演算器出力マトリクスは感知される指紋パターンの隆起部汗孔分布状態に対応している。これは汗孔位置マトリクスとして記述される。
前述のシフトと排他的論理和の手順は、センサ・マトリクスの列と行に依って定められた２つの直交する方向にプラス１及びマイナス１センサ・セル位置だけセンサ出力マトリクスをシフトし、次にシフトされたマトリクスの各々を別の排他的論理和演算器にセンサ出力マトリクスと共に入力することと等価である。従って、汗孔分布状態は、センサ出力マトリクスを２つの直交する方向にプラス１及びマイナス１セル位置だけシフトしても決定できる。
隆起部細部の場所と分布状態は、センサ出力データを解析して、感知された指紋パターンにおいて隆起部（すなわち、作動されたセンサ・セルのライン）または谷部（すなわち、作動されていないセンサ・セルのライン）が不接続である場所にこれらの点を定めることによって決定される。
特定の位置に於いて隆起部細部が存在するか否かは、センサ・マトリクスの解析部分に含まれているセンサ・セルの状態を考慮して決定される（図31〜35を参照）。隆起部細部の場所を決定する別の方法はGB−Ａ−2243235に説明されている。
隆起部汗孔の場所の決定後に、汗孔マトリクスがセンサ出力マトリクスに加えられる。これは、センサ出力マトリクスの非作動部分に充填することと同じであり、汗孔を細部として誤って識別することに起因するエラーを解消する。
図31と32は、センサ・セルの解析部分が隆起部細部を含んでいるかどうか決定する２つの可能な方法を示す。
図34ａと34ｂはセンサ・マトリクスの解析部分33の内部の各隆起部末端と谷部末端を示す。部分33は６つの列と６つの行（すなわち36個のセル）から形成されている。マトリクス部分33の内部のセルの位置はｘとｙ（デカルト）座標から定められ、原点はマトリクス部分33の左下の角に依って定められる。
図32を見ると、検討中の６つの列からの出力データ・ストリームは、位置（３，３），（３，４），（４，３），（４，４）の中心部31のセルが全て作動されたか全て作動されていないかについて決定するために解析されている。
出力データ・ストリームは36個のセル・マトリクス部分33の作動セルの総数を決定するためにも分析される。
中心部31の全ての４つのセルが作動され、６×６のセル部分33の作動セルの総数が15である時に、中心部31は隆起部末端に対応している（図34ａを参照）。
その代わりに、中心部31の全ての４つのセルが作動されていなくて、部分33の作動セルの総数が21である時に、中心部31は谷部末端に対応している（図34ｂを参照）。
解析はセンサ・マトリクス内部に含まれている６×６マトリクス部分の全てに対して繰り返されて、感知された指紋パターン内部の隆起部細部が決定される。これは、汗孔マトリクスと類似の形態の細部マトリクスとして表現できる。汗孔マトリクスと細部マトリクスの両方の大きさはセンサ出力マトリクスと同じである。
これは、センサ出力マトリクスを解析して、全てが動作された（“１”）または全てが作動されていない（“０”）２センサセル位置平方の大きさのマトリクスである第１の部分（または画素領域）を決定することよって達成される（図32を参照）。次に、このような第１の部分（または画素領域）を囲み、且つ第１部分を中心とする６センサセル位置平方の大きさの第２のマトリクス部分に含まれているマトリクスの領域が分析されて、その中での作動された（“１”）セルの数が決定される。
図31の別の方法を見ると、まず、センサ出力マトリクスが解析されて全て作動された（“１”）または全て作動されていない（“０”）２センサセル平方の大きさのマトリクスの第１の部分が決定される。次に、これらの第１部分の各々を囲むマトリクスの領域が解析されて、第１の部分と連続し全て作動された（“１”）または全て作動されていない（“０”）、セル長方形が存在するかどうか決定される。
４つの作動（“１”）セルを有しその１つの側において32個の作動（“１”）セルの矩形と連続しその他の側が非作動（“０”）セルで囲まれた第１の部分はそれが隆起部の末端であることを示している。
４つの非作動（“０”）セルを有しその１つの側において32個の非作動（“０”）セルと連続しその他の側が作動（“１”）セルで囲まれた第１の部分はそれが隆起部の分岐（すなわち隆起谷部の末端）であることを示している。
次に汗孔細部のマトリクスが、指紋パターンのデータ・ストリーム特長部を生成するために解析される。
指先には多数の隆起部汗孔と隆起部細部がある。特定の個人に特長的なデータストリームを生成するために汗孔分布と隆起部細部分布を全部用いることは、必ずしも必要でない。例えば、現在本社は、個人を十分に正確に識別できる５つの際だった特長部の相対位置を考慮している。分布の大きさは、汗孔と細部のマトリクスの選択された部分または窓部を考慮すると減少できる。この選択された部分の位置は、例えば、システムが指紋パターンの同じ部分を常に比較することを保証するように、指紋の輪郭を参照して定められる。
汗孔マトリクスは、テキストのページを読むように上から下に且つ左から右に、すなわち、左上から右下に、列ごとに走査される。汗孔の場所が決まると、細部マトリクスも同様に走査され、汗孔と任意に位置する細部の間の距離はそれぞれの細部が細部マトリクス上に位置する順で第１の整列として記憶される。このプロセスは汗孔マトリクスの各汗孔に対して繰り返され、各汗孔の場所に対応する数列は、各々の汗孔が汗孔マトリクスに位置する順に第２の数列として記憶される。第２の数列は第１の数列の総和である。この第２の数列は指紋パターンの特長を決定するために用いられる。
指紋の特長は、E. R. Henryが開発した指紋分類システムに従って７つの異なる分類項目（例えば、穏やかな弓形、放射ループ、穏やかな渦巻き）の１つに分類される（BYTE、1993年10月“指紋分析を用いるPCs罪人逮捕”を参照）。指紋パターンの分類は、センサ出力マトリクスの列と行、それに対する45度の対角線を分析し、作動（“１”）セルと非作動（“０”）セルの比の最大と最小の値を計算して決定される（図36と37を参照）。これは周知の手順であり、指紋の分類はカード１の承認済みのユーザの更なる識別パラメータまたは特長として使用できる。
図38を見ると、選択された指の選択された部分の指紋パターンの区別できる特長（すなわち細部と汗孔の分布状態）は、カード・マイクロプロセッサ11のカード・メモリに特長数列として記憶されている。指の幅と指紋の分類もカード・メモリに記憶されている。カードがカード受取器に挿入されて、指がセンサ・マトリクスに押し込まれると、出力データ・ストリームがラッチされカード受取器のマイクロプロセッサに伝達されそこで処理されて指の幅と指紋パターンと隆起部細部と隆起部汗孔の分布状態が決定され、特長数列（すなわち識別パラメータまたはユーザの特長）が生成される。
カード・メモリは、記憶済みの識別パラメータまたは特長をカード受取器のマイクロプロセッサに伝達し、そこでそれらは検知された識別パラメータ（ユーザの特長）と比較される。カード受取器マイクロプロセッサ23は、遠隔中央データベースから反対の指示（例えば銀行の顧客が借り越しである）がない場合に、記憶された数列と検知された数列が一致すると、クレジット・カードまたは銀行取引を承認する。数列の一致は、記憶された指紋パターンと検知された指紋パターンの一致に対応する。
検知された特長数列と記憶されていた特長数列は、２つの数列を走査して、２つの数列が一致する割合を決定することによって比較される。これは、感知された特長数列と記憶されていた特長数列の双方において同じ数列を探し出すことによって行われる。２つの数列が予め設定された割合より多く一致する場合、カード受取器マイクロプロセッサは取引を承認する。
前述の装置と方法は、指紋パターンの区別できる特長を迅速に正確に記録または比較あるいはその両方を行うことを可能にする。
別の形態のセンサの場合、セルは熱電対によってそれぞれ形成される。
別の形態のカード受取器の場合、熱電対アレイは、従来技術で周知の圧力センサの圧電圧力センサのアレイと交換できる。
カード・マイクロプロセッサは、コードに変換された指紋データが書き込まれた磁気ストリップと交換できる。
カード・メモリとカード受取器メモリと遠隔中心データベースの相対能力は、カード・マイクロプロセッサとカード受取器マイクロプロセッサと遠隔中心プロセッサの相対パワーのように変更できる。例えば、前述の出力データ分析は、カード受取器マイクロプロセッサより、むしろカード・マイクロプロセッサに依って行われる。
前述の細部決定方法は、方法パラメータを再び定めて、異なるサイズのセンサ・セルまたは分析部分33あるいはその両方に対して修正できる。
指紋の幅より広いセンサを用いれは、熱電対アレイの機能はセンサ・アレイの外側センサ・セルに依って達成されるので熱電対アレイを設ける必要はない。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図２（ａ）】
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【図２（ｂ）】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０（ａ）】
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【図１０（ｂ）】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３（ａ）】
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【図１３（ｂ）】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６（ａ）】
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【図１６（ｂ）】
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【図１７】
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【図１９】
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【図１８（ａ）】
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【図１８（ｂ）】
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【図１８（ｃ）】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４（ａ）】
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【図３４（ｂ）】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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