(57)【要約】【課題】従来の装置より更に小型化を実現し、安定で精細な画像を得られる光学式指紋読み取り装置を安価に提供する。【解決手段】照明手段からの光を指に照射し、指内部からの散乱光１２を固体撮像素子１ａで受光して指の指紋画像を読み取る光学式指紋読み取り装置において、固体撮像素子１ａが配置される固体撮像素子基板１及び照明手段は、配線基板３上に並置されている。発光素子が第一の樹脂１３で封止されている照明手段は、第一の樹脂１３より光の透過率が低い第二の樹脂１４で更に封止され、第二の樹脂１４の厚みは、照明手段から指への光照射方向に対しては第一の樹脂１３よりも薄く、それ以外の方向には第一の樹脂１３よりも厚くし、指に照射される光以外の不要光を固体撮像素子１ａに対して遮光した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明手段からの光を指に照射し、指内部からの散乱光を固体撮像素子で受光して指の指紋画像を読み取る光学式指紋読み取り装置において、
前記固体撮像素子が配置される固体撮像素子基板及び前記照明手段は、配線基板上に並置され、
発光素子が第一の樹脂で封止されている前記照明手段は、前記第一の樹脂より光の透過率が低い第二の樹脂で更に封止され、
第二の樹脂の厚みは、前記照明手段から指への光照射方向に対しては第一の樹脂よりも薄く、それ以外の方向には第一の樹脂よりも厚くし、指に照射される光以外の不要光を前記固体撮像素子に対して遮光したことを特徴とする光学式指紋読み取り装置。
【請求項２】
前記照明手段は、ＬＥＤを発光素子とする第一の樹脂で封止されたＬＥＤパッケージであることを特徴とする請求項１に記載の光学式指紋読み取り装置。
【請求項３】
前記発光素子は、赤外光又は近赤外光を発することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学式指紋読み取り装置。
【請求項４】
前記固体撮像素子基板の上は、指が接触する保護部材で覆われていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光学式指紋読み取り装置。
【請求項５】
前記第二の樹脂は、前記固体撮像素子基板及び前記保護部材の側面部を覆っていることを特徴とする請求項４に記載の光学式指紋読み取り装置。
【請求項６】
前記第二の樹脂の表面と前記保護部材の表面は、連続面を形成していることを特徴とする請求項４又は５に記載の光学式指紋読み取り装置。
【請求項７】
前記第二の樹脂は、前記固体撮像素子基板と前記配線基板との電気的接続部分の封止を兼ねていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光学式指紋読み取り装置。
【請求項８】
前記固体撮像素子は、一次元のライン状に複数個配置され、前記指紋画像は、前記固体撮像素子のラインに直角に指を移動して読み取られることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の光学式指紋読み取り装置。
【請求項９】
前記固体撮像素子は、二次元に複数個配置され、前記指紋画像は、指を静止して読み取られることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の光学式指紋読み取り装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の光学式指紋読み取り装置により読み取られた指の指紋画像を対象者の識別情報として予め登録する指紋登録手段と、
前記指紋読み取り装置により読み取られた前記指の指紋画像と前記指紋登録手段の登録画像とが一致するか否かを照合し、その照合結果を個人認証信号として出力する指紋照合手段とを更に備えたことを特徴とする個人認証システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明手段から光を指に照射し、指先内部からの散乱光線を、固体撮像素子で受光する光学式指紋読み取り装置及びこれを用いた個人認証システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報技術の著しい進歩によって電子商取引等の経済活動が普及するのに伴い、情報の不正使用を防止する目的から個人認証を電子化する必要性もまた増大している。個人認証電子化の手法として、従来から指紋画像を読み取る装置により指紋画像を取得し、登録画像と比較する方法が多く用いられている。
【０００３】
特許文献１等に開示さている指紋を画像を読み取る装置は、プリズムアレイ上に載置した指に、下方から光源手段によりプリズムアレイを介して光を照射し、反射光をレンズにより集光して撮像手段により指紋画像が撮像される。この装置は形状が大きくなり、また、樹脂等で型どりをした偽造指紋を判別することができない等の難点があった。
【０００４】
上記した点を改善した小型でかつ信頼性の高い指紋読み取り装置が特許文献２に開示されている。この装置は、二次元固体撮像素子を有するイメージセンサの表面近傍に指を接触させておき、イメージセンサの側部で指の下側に配置された光源から指に近赤外光線を照射し、指先内部からの散乱光を受光するものである。
【０００５】
また、他方で低コスト・小型化を実現するために、指先と固体撮像素子との位置を相対的に移動させ、その移動する指先の連続した部分画像を、画像合成によって、指先全体の画像を得るスイープ型の装置が提案されている（例えば、特許文献３、４等参照）。この装置によれば、これまで指の大きさ程度の面積が必要だった二次元配列の固体撮像素子が指の幅だけで済むため、固体撮像素子及びファイバーオプティクス・プレートなどを使用した保護部材が安価となる。上記の光学方式の他にこのスイープ型では、静電容量方式、熱検知方式などの読み取り方式も知られている。
【特許文献１】特開２０００−１１１４２号公報
【特許文献２】特開２０００−２１７８０３号公報
【特許文献３】特開２００２−２１６１１６号公報
【特許文献４】特開２００２−１３３４０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来例の装置では、小型化、低価格化を実現する場合、以下の問題点がある。
【０００７】
１）光学方式の場合には、照明手段と固体撮像素子とが、近接すると、その不要光が固体撮像素子に入射してしまい安定且つ鮮明な指紋画像が得られない。そのため、固体撮像素子と照明手段を近づけたり、並置したりすることに限界があり、市場に要望されている小型化の妨げとなっていた。
【０００８】
２）また、頻繁な指先や異物での押圧で、読取面や照明手段などを傷つけたり、最悪の場合破損してしまうおそれがある。
【０００９】
３）指先を移動させる方式の場合、平坦部分が少ないと、指先の移動が不規則な速度となるスティッキングが発生しやすく、安定な画像を得られない。
【００１０】
上記問題点１）〜３）に関して、従来の方法では、十分な対策がとられていなかった。また、前述の特許文献１〜４においても、そのような具体的な対策についての説明は全く記載されていないか、十分とは言えないものであった。例えば、特許文献２の装置においては、イメージセンサと光源を接近させると、固体撮像素子への不要光の入射は避けられない。
【００１１】
本発明は、かかる問題に鑑みなされたもので、従来の装置より更に小型化を実現し、安定で精細な画像を得られる光学式指紋読み取り装置を安価に提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明の指紋読み取り装置は、照明手段からの光を指に照射し、指内部からの散乱光を固体撮像素子で受光して指の指紋画像を読み取る光学式指紋読み取り装置において、前記固体撮像素子が配置される固体撮像素子基板及び前記照明手段は、配線基板上に並置され、発光素子が第一の樹脂で封止されている前記照明手段は、前記第一の樹脂より光の透過率が低い第二の樹脂で更に封止され、第二の樹脂の厚みは、前記照明手段から指への光照射方向に対しては第一の樹脂よりも薄く、それ以外の方向には第一の樹脂よりも厚くし、指に照射される光以外の不要光を前記固体撮像素子に対して遮光したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明において、配線基板上に固体撮像素子基板及び照明手段を並置し、同時に不要光が固体撮像素子へ入射するのを防いでいる。
【００１４】
これにより、従来の装置以上に小型であり、安定で精細な画像を得られる光学式指紋読み取り装置を安価に提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明にかかる指紋読み取り装置の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
（第一の実施形態）
図１は、本実施形態にかかる指紋読み取り装置を示す断面図であり、図２は、その照明手段の封止樹脂を説明するための断面図を示す。
【００１７】
図１及び図２に示す指紋読み取り装置は、固体撮像素子に対して指を移動させることによって指紋画像を読み取るタイプ（スイープ型）を示している。本実施形態では、配線基板３上に固体撮像素子基板１及び、照明手段として赤外／近赤外光のＬＥＤパッケージ１０が並置されている。同一の配線基板３に該固体撮像素子基板１とＬＥＤパッケージ１０を近接して配置することにより、小型化ならびに低コスト化が図られる。
【００１８】
固体撮像素子基板１には、一次元のライン状に配置される固体撮像素子１ａが複数個搭載される。
【００１９】
固体撮像素子基板１は、指２０の移動領域外（例えば、長手両端部：紙面奥方向）にAuワイヤ等を介して配線基板３上の配線３ａに電気的に接続されている（不図示）。
【００２０】
固体撮像素子基板１の上は、指２０が接触する読み取り面に層状の保護部材３０が配置されている。保護部材３０の材料としては、ガラス、ＳｉＯ２薄膜、ＳｉＯＮ薄膜、ファイバーオプティカルプレートなどが使用可能である。特に低価格化のためには、シリコン基板が好適である。シリコン基板は、バックグラインドもしくはバックラッピングによって、所望の厚みに加工可能である。これらを赤外／近赤外を透過する接着剤にて、固体撮像素子基板１の固体撮像素子１ａ上に接着する。
【００２１】
ＬＥＤパッケージ１０は、前述のとおり発光素子である赤外光及び／又は近赤外光を発光するＬＥＤチップ１０ａをＬＥＤ基板１０ｃ上に配置し、ワイヤ１０ｂにて電気的に接続し、ＬＥＤチップ１０ａの発光波長を透過する第一の樹脂１３にて封止されている。
【００２２】
第一の樹脂１３は、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコーン樹脂、液晶ポリマー樹脂などが利用可能である。
【００２３】
このＬＥＤパッケージ１０は、配線基板３に半田や導電ペーストを使用して実装されている。  
【００２４】
本発明では、このＬＥＤパッケージ１０以外にも、次のような封止の仕方でも同様の効果が期待できる。すなわち、配線基板３に直接ＬＥＤチップ１０ａを導電ペースト等でダイボンディングし、ワイヤ１０ｂにて、ＬＥＤチップ１０ａと配線基板３の配線３ａに電気的に接続した後、第一の樹脂１３で封止する。
【００２５】
第二の樹脂１４は、第一の樹脂１３にて封止されているＬＥＤパッケージ１０を更に封止するものであり、成型や塗布・印刷などによって配置することができる。特に生産性のある成型による方法については、保護部材３０を露出させつつ、周囲を封止している。このため、ＦＡＭ（Film  Assisted  Molding）という、フィルムを金型と保護部材３０との間に挟んで、厚みを吸収して、且つ離型性も確保するという方法が好適である。この方法によれば、保護部材３０と第二の樹脂１４との指滑走面での段差は、100μm以下に設定できる。したがって、保護部材３０と第二の樹脂１４は、指の滑走を阻害しない同一平面と言って良い連続面を作ることができる。
【００２６】
第二の樹脂１４は、固体撮像素子基板１と保護部材３０の側面部を覆い、少なくともＬＥＤチップ１０ａからの不要光をカットする遮光性の樹脂を使用する。この樹脂として、顔料・染料などを混入したエポキシ、シリコーン、アクリル樹脂などが使用可能である。
【００２７】
図２において、第二の樹脂１４は、第一の樹脂１３よりも光の透過率が低く、指２０への光照射方向の第二の樹脂１４の厚みＡ２は、第一の樹脂１３の厚みＡ１よりも薄い。また不要光をカットしたい、それ以外の方向の第二の樹脂１４の厚みＢ２は、第一の樹脂厚みＢ１よりも厚く設定されている。これにより指に照射される光以外の不要光は樹脂厚みＢ２の間で吸収され、固体撮像素子１ａへの進入を防止できる。一方で指２０への照射方向では、第二の樹脂１４に吸収はされるものの、その比率は厚みＡ２に依存して透過するため低くなる。
【００２８】
指紋画像は次のように読み取られる。
【００２９】
指２０を第二の樹脂１４と保護部材３０の表面に置き、固体撮像素子１ａのラインに直角に指を移動する。光の照射面である第二の樹脂１４の表面と、読み取り面である保護部材３０の表面は、同一平面のような連続面となっている。
【００３０】
ＬＥＤパッケージ１０から発した光は、指２０への入射光１１となり、指内部からの散乱光１２は、固体撮像素子１ａで受光し指２０の指紋画像が読み取られる。
【００３１】
本実施形態によれば、
１）ＬＥＤチップ１０ａからの不要光が、固体撮像素子１ａに入射しないため、        より鮮明な画像を得ることができる。
【００３２】
２）これにより固体撮像素子１ａと照射手段であるＬＥＤチップ１０ａとを近接することが可能となるため、従来にもまして小型化を図ることができる。
【００３３】
３）ＬＥＤパッケージ１０を、第二の樹脂１４で覆うことによって、読み取り面と照射面との連続面を作ることができ、指先の移動が不規則な速度となるスティッキングの発生がしづらい、安定な画像を得られる。
【００３４】
４）ＬＥＤパッケージ１０及び固体撮像素子基板１を、直接指２０で触らなくなるため、傷つけや破損を防止できる。
【００３５】
（第二の実施形態）
図３は、本実施形態に係る指紋読み取り装置を示す断面図であり、図４は、その斜視図を示す。
【００３６】
図３及び図４に示す指紋読み取り装置は、前述の第一の実施形態（図１及び図２参照）と同様の全体構成を有するが、固体撮像素子１ａが二次元に複数個配置されたいわゆるエリア型の指紋読み取り装置である。
【００３７】
本構成では、指２０を固体撮像素子１ａに対応する保護部材３０上に置くことで、指２０を動かさずに静止し、指紋２０ａの画像を一括して入手できるものである。
【００３８】
固体撮像素子基板１と配線基板３とは、電気的接続部分であるワイヤ２１で電気的に接続されている。その封止を兼用して、第二の樹脂１４で一括して覆った構造であり、第一の実施形態と同様に、保護部材３０を露出しながら成型可能なＦＡＭが適用可能である。
【００３９】
本実施形態の場合、固体撮像素子１ａは矩形をなすため、その周辺に照明手段としてのＬＥＤパッケージ１０を複数個配置する必要がある。指２０の大きさや向きに対応した照明を指に照射する必要があるためである。
【００４０】
したがって本実施形態によれば、上記第一の実施形態の効果に加えて、
１）ワイヤ２１の封止を、ＬＥＤパッケージ１０を第二の樹脂１４で覆うことと合わせて行えるため、小型化・低価格な指紋読み取り装置を提供可能である。
【００４１】
２）指２０への照明手段が近接できるため、エリア型で発生しやすい照明の分布（シェーディング）を抑えることが可能となり、より一層の安定且つ鮮明な指紋画像を得ることが出来る。
【００４２】
（第三の実施形態）
次に、上記の指紋読み取り装置を用いた個人認証システムの実施形態を、図面を参照して説明する。
【００４３】
図５は、本発明の第三の実施形態に係る指紋読み取り装置を用いた個人認証システムの構成を示すブロック図である。図６は、同指紋読み取り装置の周辺回路部の構成を示すブロック図である。
【００４４】
図５に示す個人認証システムは、固体撮像素子１ａから構成される撮像部１０１、その周辺回路部１０２、ＬＥＤチップ１０に搭載されるＬＥＤ１０３を有する指紋読み取り装置１００と、この指紋読み取り装置１００に接続される指紋照合装置２００とを備える。
【００４５】
図６に示す周辺回路部１０２は、前述の固体撮像素子基板１上等に形成されている。周辺回路部１０２の詳細は次のとおりである。
【００４６】
制御回路（駆動回路）１０２１は撮像部１０１の動作を制御する。Ａ／Ｄコンバータ１０２３は、撮像部１０１から出力される指の指紋に関する画像に応じたアナログ撮像信号を、クランプ回路１０２２を介しアナログ信号からデジタル信号に変換する。通信制御回路１０２４は、変換されたデジタル信号を指紋の画像信号として外部の装置（インターフェースなど）にデータ通信するための回路であり、レジスタ１０２５が接続される。ＬＥＤ制御回路１０２６はＬＥＤ１０３の発光を制御する。タイミング発生器１０２８は、外部の発振子１０２７から供給される基準パルスに基づき上記回路１０２１〜１０２６の動作タイミングを制御する制御パルスを発生する。周辺回路部１０２を含む回路は、上記に限らず、別種の回路を含めてもよい。他方、上記の回路の一部を不図示の別チップとしてもよい。
【００４７】
図５に示す指紋照合装置２００において、入力インターフェース１１１は、周辺回路部１０２の通信制御部から出力される通信データが入力される。この入力インターフェース１１１には画像処理部（指紋照合手段）１１２が接続され、この画像処理部１１２には指紋画像データベース（指紋登録手段）１１３、出力インターフェース１１４が接続される。出力インターフェース１１４は、使用やログイン等に際しセキュリティ確保等のため個人認証が必要とされる電子機器（ソフトウエアも含む）に接続される。
【００４８】
ここで、指紋画像データベース１１３には、予め個人認証すべき対象者の識別情報として指の指紋画像が登録されている。ここでの対象者は、一人でも複数人でも構わない。対象者の指紋画像は、対象者の個人認証情報として、初期設定時や対象者追加時などに予め指紋読み取り装置１００から入力インターフェース１１１を介し入力される。
【００４９】
画像処理部１１２は、指紋読み取り装置１００により読み取られた指紋画像を、入力インターフェース１１１を介し入力し、指紋画像データベース１１３の登録画像と一致するか否かを既知の指紋照合用画像処理アルゴリズムを基に照合する。その照合結果（指紋一致又は不一致）を個人認証信号として出力インターフェース１１４を介し出力する。
【００５０】
なお、この例では、指紋読み取り装置１００と指紋照合装置２００を別デバイスで構成しているが、本発明はこれに限らず、必要に応じ指紋照合装置２００の少なくとも一部の機能を指紋読み取り装置１００の周辺回路部１０２内に一体に構成してもよい。また、この例の個人認証システムは、個人認証が必要とされる電子機器内に一体に組み込んで構成しても、電子機器と別体で構成しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る指紋読み取り装置を示す断面図
【図２】同指紋読み取り装置の照明手段における封止樹脂を説明するための断面図
【図３】本発明の第二の実施形態に係る指紋読み取り装置を示す断面図
【図４】同指紋読み取り装置を示す斜視図
【図５】本発明の第三の実施形態に係る指紋読み取り装置を用いた個人認証システムの構成を示すブロック図
【図６】同指紋読み取り装置の周辺回路部の構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００５２】
１…固体撮像素子基板
１ａ…固体撮像素子
３…配線基板
３ａ…配線
４…封止樹脂
１０…ＬＥＤパッケージ
１０ａ…ＬＥＤチップ
１０ｂ…ワイヤ
１０ｃ…ＬＥＤ基板
１１…入射光
１２…散乱光
１３…第一の樹脂
１４…第二の樹脂
２０…指
２０ａ…指紋
２１…ワイヤ
３０…保護部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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