(57)【要約】【課題】指紋照合装置において、簡単な装置構成で確実な生体検知を行う。【解決手段】被検体が接触する測定電極対２１と、測定電極対２１に被検体が接触された場合、被検体の静電容量に応じた周波数の被検体信号を生成する被検体信号生成部と、被検体信号生成部によって生成された被検体信号に基づいて、被検体が生体であるかどうかを判定する判定部とを備え、測定電極対２１を、半導体指紋センサ１４をモールド封止する際に半導体指紋センサ１４のセンサ部２３、周縁に形成されるモールド部２７に設けることで実現する。【選択図】  図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電容量方式によって指紋情報を検出する半導体指紋センサを有し、検出された上記指紋情報の照合処理をする指紋照合装置において、
被検体が接触する測定電極対と、
上記測定電極対に被検体が接触された場合、上記被検体の静電容量に応じた周波数の被検体信号を生成する被検体信号生成手段と、
上記被検体信号生成手段によって生成された被検体信号に基づいて、上記被検体が生体であるかどうかを判定する判定手段とを備え、
上記測定電極対を、上記半導体指紋センサをモールド封止する際に上記半導体指紋センサのセンサ部、周縁に形成されるモールド部に設けること
を特徴とする指紋照合装置。
【請求項２】
上記半導体指紋センサのモールド部に上記測定電極対を複数個、設けること
を特徴とする請求項１記載の指紋照合装置。
【請求項３】
上記測定電極対の一方を、上記半導体指紋センサのセンサ部、周縁を囲むように上記モールド部に設け、さらに上記測定電極対の他方を、上記モールド部に設けられた測定電極対の一方を囲むように上記モールド部に設けること
を特徴とする請求項１記載の指紋照合装置。
【請求項４】
上記半導体指紋センサは、導電性の高い金属粉、またはカーボンを含んだモールド樹脂によってモールド封止されていること
を特徴とする請求項１記載の指紋照合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
静電容量の差異によって指紋情報を読み取る半導体センサを備え、上記指紋情報の照合処理をする指紋照合装置に関し、詳しくは、生体検知機能を備える指紋照合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
指紋センサによって指の指紋情報を読み取り、読み取った指紋情報を照合して、ユーザを識別する照合装置がある。このような照合装置では、不正に取得した指紋情報の利用を防止し、セキュリティを高めるために、生体検知を行う生体検知手段を備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記照合装置では、生体検知手段によって生体であることが判定されて始めて、指紋センサによって読み取られた指紋情報の照合が開始される。周知の通り指紋情報は、個人でそれぞれ異なった情報である。したがって、生体検知を行ってから指紋照合処理を開始することで、センサで読み取られた指紋情報は、生体（人）が備えている情報であることが分かるため、唯一の個人を正しく識別することが可能となる。
【０００４】
このように、照合処理装置に生体検知手段を設けることで、なんらかの手法により不正に取得された指紋情報を用いた、不正な照合処理が実行されることを防止することができる。
【０００５】
【特許文献１】
特公平３−３８６２１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような照合装置は、当該照合装置に備えられた生体検知手段によって装置が大型化してしまうといった問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は上述したような問題を解決するために案出されたものであり、半導体センサを使用した指紋照合装置において、簡単な装置構成で、確実な指紋照合処理を実行可能とする指紋照合装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明に係る指紋照合装置は、静電容量方式によって指紋情報を検出する半導体指紋センサを有し、検出された上記指紋情報の照合処理をする指紋照合装置において、被検体が接触する測定電極対と、上記測定電極対に被検体が接触された場合、上記被検体の静電容量に応じた周波数の被検体信号を生成する被検体信号生成手段と、上記被検体信号生成手段によって生成された被検体信号に基づいて、上記被検体が生体であるかどうかを判定する判定手段とを備え、上記測定電極対を、上記半導体指紋センサをモールド封止する際に上記半導体指紋センサのセンサ部、周縁に形成されるモールド部に設けることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る指紋照合装置の実施の形態を図面を参照にして詳細に説明する。
【００１０】
図１、及び図２を用いて、本発明の実施の形態として示す指紋照合装置１０について説明をする。
【００１１】
図１は、指紋照合装置１０の外観を示した概略図である。
【００１２】
指紋照合装置１０の筐体１１には、指の指紋情報を読み取る指紋読み取りセンサ１４が備えられている。また、指紋照合装置１０は、入出力インターフェース１３を備えており、例えば、図示しないＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）などの外部装置にケーブル５を介して接続され、指紋照合の結果などが送信される。
【００１３】
図２を用いて、指紋照合装置１０の構成について説明をする。
【００１４】
指紋照合装置１０は、入出力インターフェース１２と、インターフェースコントローラ１３と、指紋読み取りセンサ１４と、指紋照合用ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）１５と、フラッシュメモリ１６と、プログラム用ＲＡＭ／ＲＯＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ／Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）１７と、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１８とを備えている。
【００１５】
インターフェースコントローラ１３と、指紋照合用ＬＳＩ１５と、フラッシュメモリ１６と、プログラム用ＲＡＭ／ＲＯＭ１７と、ＣＰＵ１８とは、バス１９を介して相互に接続されている。
【００１６】
入出力インターフェース１２は、例えば、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）の規格に基づいたインターフェースである。入出力インターフェース１２の規格は、ＵＳＢ以外にもＲＳ２３２Ｃなどであってもよく、本発明を限定するものではない。
【００１７】
インターフェースコントローラ１３は、入出力インターフェース１２を介して接続される図示しない外部装置とのデータ転送を、インターフェースプロトコルに基づいて制御する。
【００１８】
指紋読み取りセンサ１４は、当該指紋読み取りセンサ１４に載せられた指の指紋の山谷、つまり指紋の凹凸を読み取る半導体センサである。
【００１９】
例えば、指紋読み取りセンサ１４は、静電容量方式で指紋の凹凸を検出し、２次元画像を生成する。静電容量方式の指紋読み取りセンサ１４には、指紋の凹凸のピッチよりも十分に細かい、８０μｍピッチに電極が配置されており、指紋の凹凸と、上記電極間に蓄積される電荷の量（静電容量）を検出する。指紋の凹部では検出される静電容量が低く、指紋の凸部では静電容量が高くなるため、この静電容量差から指紋の凹凸を表した２次元画像が生成される。
【００２０】
指紋読み取りセンサ１４の具体的な構成については、後で詳細に説明をする。
【００２１】
指紋照合用ＬＳＩ１５は、指紋照合処理時において、フラッシュメモリ１６にあらかじめ記憶させてある指紋画像の特徴部分のみを抽出したテンプレートデータを読み出し、指紋読み取りセンサ１４によって検出された指紋画像と、読み出したテンプレートデータとを比較照合する。指紋照合用ＬＳＩ１５で比較照合された結果は、ＣＰＵ１８に通知される。
【００２２】
フラッシュメモリ１６は、指紋照合処理の際に用いる基準となる指紋情報であるテンプレートデータが記憶される。当該指紋照合装置１０を用いた指紋照合処理を実行する場合、ユーザは、あらかじめ、このフラッシュメモリ１６にユーザ自身の指紋情報を登録しておく必要がある。フラッシュメモリ１６に記憶される指紋情報は、指紋画像の特徴部分を抽出したテンプレートデータである。
【００２３】
また、指紋照合装置１０が備えるフラッシュメモリ１６は、上記指紋読み取りセンサ１４及び指紋照合用ＬＳＩ１５による指紋照合処理による指紋照合結果に応じて、記憶されたデータの読み出しを可能とするような記憶領域を備えていてもよい。
【００２４】
ＣＰＵ１８は、プログラム用ＲＡＭ／ＲＯＭ１７に格納されているファームウェアを実行して当該指紋照合装置１０の動作を統括的に制御する。ＣＰＵ１８は、例えば、上記ファームウェアに基づいて、指紋照合処理を実行させる。
【００２５】
続いて、図３乃至図８を用いて、指紋読み取りセンサ１４の代表的な出力例を示す。各図の縦軸は、指紋読み取りセンサ１４の出力レベルを示し、横軸は、８０μｍピッチで配置された電極を示している。以下、個々の電極からの出力をピクセルとも呼ぶ。
【００２６】
図３は、指紋読み取りセンサ１４に何も接触させていない場合（空気のみが接触している場合）の、出力例を示した図である。指紋読み取りセンサ１４に何も接触していないとき、静電容量が最大となるため指紋読み取りセンサ１４は、最小値Ｌに近い値を出力する。
【００２７】
図４は、指紋読み取りセンサ１４のセンサ面に水滴が付着している場合の、出力例を示した図である。水滴は、電極の役割を果たし、センサ面にほぼ均一に密着するので、静電容量が最小となり、指紋読み取りセンサ１４は、最大値Ｈに近い値を出力する
図５は、指紋などの汚れが指紋読み取りセンサ１４のセンサ面に付着している場合の出力例を示した図である。
【００２８】
指紋などの汚れが指紋読み取りセンサ１４の上面に付着しているとき、指紋読み取りセンサ１４は、最小値Ｌを超えるが、最大値Ｈには達しない値を出力する。この時の指紋読み取りセンサ１４の出力は、上述した何も接触していない場合及び水滴が付着している場合と比較して、より大きな振幅を示す。
【００２９】
図６は、指紋読み取りセンサ１４に、皮膚表面の水分が不足している指（以下、乾燥指紋とも呼ぶ。）を接触させた場合の出力例を示した図である。
【００３０】
皮膚表面の水分が不足しているので、指が電極の役割を十分果たすことができず、静電容量は、比較的大きい値になる。この時の指紋読み取りセンサ１４の出力は、何も接触していない場合、及び水滴が付着している場合と比較して、より大きな振幅を示す。
【００３１】
図７は、指紋読み取りセンサ１４に過剰な水分が皮膚表面に付着している指（以下、油指紋とも呼ぶ。）を接触させた場合の出力例を示した図である。
【００３２】
皮膚表面に過剰な水分が付着しているため、指の指紋の凹部において、空気層が薄くなり、指紋の凸部での静電容量は、比較的小さい値となるため、指紋読み取りセンサ１４からの出力は、全体として比較的大きい値となる。この時の指紋読み取りセンサ１４の出力は、何も接触していない場合、及び水滴が付着している場合と比較して、より大きな振幅を示す。
【００３３】
図８は、皮膚表面の水分量が適切である、というような理想的な指を指紋読み取りセンサ１４に接触させた場合の出力例を示した図である。
【００３４】
理想的な指を指紋読み取りセンサ１４に接触させた場合、指紋読み取りセンサ１４は、最小値Ｌ及び最大値Ｈを含む値を出力する。この時の指紋読み取りセンサ１４の出力は、最大値Ｈ−最小値Ｌを振幅値とする最大振幅を示す。
【００３５】
このように、指紋読み取りセンサ１４の出力値は、当該指紋読み取りセンサ１４のセンサ面の状態や、センサ面に載置する指のコンディションによって、大きく変化することが分かる。したがって、指紋読み取りセンサ１４から出力される値の違いに応じて、指が載置されているかどうかといった生体検知をすることも可能である。
【００３６】
これは、図３乃至図８で示した出力の違いを所定の規則に基づいて、パターン化させるなどすればソフトウェア的な処理にて指の載置を判定することができ、当該指紋照合装置１０のハード構成を簡素化した上で生体検知をすることができることを示している。
【００３７】
しかし、図６で示したセンサ面に汚れが付着した場合においては、指を載置しなくとも所定の振幅レベルの出力が得られているため、例えば、センサ面に付着した既に指紋照合されている指紋、つまり汚れとして残っている指紋の跡を利用して指紋照合させるといった不正な利用を完全に排除することは非常に困難であると考えられる。
【００３８】
そこで、指紋照合装置１０には、指紋読み取りセンサ１４のセンサ面に指が載置されたかどうかを判定する生体検知装置が備えられている。図９に生体検知装置の一例をとして生体検知装置５０を示し、その構成について説明をする。
【００３９】
生体検知装置５０は、パルス発振回路２０と、ローパスフィルタ３０と、コンパレータ４０とを備えている。
【００４０】
生体検知装置５０は、備えられた端子電極２１に接触した被検体１の静電容量に応じた周波数のパルス信号、つまり被検体信号を生成するパルス発振回路２０と、生成されたパルス信号の高周波成分を除去するローパスフィルタ３０と、高周波成分が除去されたパルス信号と、基準しきい値Ｔ１と比較し、上記被検体１が生体であるどうかを判定するコンパレータ４０とを備える。
【００４１】
図１０を用いて、パルス発振回路２０の構成について説明をする。
【００４２】
パルス発振回路２０は、シュミットインバータＩＣ１と、シュミットインバータＩＣ２とが直列に接続されている。シュミットインバータＩＣ２の出力端子には、端子電極２１の一方が接続され、端子電極２１の他方には抵抗Ｒ１と、Ｒ２とが接続されている。
【００４３】
また、抵抗Ｒ１は、シュミットインバータＩＣ１の出力端子と、シュミットインバータＩＣ２の入力端子に接続され、抵抗Ｒ２は、シュミットインバータＩＣ１の入力端子に接続されている。
【００４４】
端子電極２１に被検体１が接触することで、接触した被検体１が、静電容量Ｃｘのコンデンサとして機能することになる。つまり、パルス発振回路２０は、ＣＲ発振器である。
【００４５】
図１１を用いて、パルス発振回路２０の動作について説明をする。図１１（Ａ）は、縦軸をシュミットインバータＩＣ１の入力電圧ＶＡ、横軸を時間とした図である。図１１（Ｂ）は、縦軸にシュミットインバータＩＣ１の出力電圧ＶＢ、横軸を時間とした図である。図１１（Ｃ）は、縦軸にシュミットインバータＩＣ２出力電圧ＶＣ、横軸を時間とした図である。
【００４６】
まず、時間ｔ１で電圧ＶＢがＨからＬになった瞬間を考えると、電圧ＶＣはＬからＨに反転する。電圧ＶＣがＨになった瞬間にコンデンサＣｘに急激に充電電流が流れ、電荷が蓄えられる。
【００４７】
電圧ＶＡは、時間ｔ１から上昇した後、時間ｔ２でスレッショルド電圧Ｖ＋に達する。ここでは、電圧ＶＢは、変わらずＬであり、電圧ＶＣもＨのままである。
【００４８】
そして時間ｔ２からコンデンサＣｘの放電がはじまり、抵抗Ｒ１を通して電流が流れ、電圧ＶＡは徐々に低下する。
【００４９】
時間ｔ３で電圧ＶＡがスレッショルド電圧Ｖ−まで下がったところで電圧ＶＢは反転してＨとなるので電圧ＶＣはＬとなる。その後、コンデンサＣｘは抵抗Ｒ１を通して再び充電されるため、電圧ＶＡは徐々に上昇し、時間ｔ４でスレッショルド電圧Ｖ＋に達する。すると電圧ＶＢは、ＨからＬに反転し、電圧ＶＣは、ＬからＨに反転する。以後、この動作を繰り返し電圧ＶＣの出力に方形波（パルス）の発振電圧が現れる。
【００５０】
以上説明したように、被検体１の静電容量を、このようなＣＲ発振器で測定して生体検知を行う。これにより、回路構成が簡単になり、装置を小型化することが可能となる。
【００５１】
上述したように、パルス発振回路２０は、被検体１の静電容量に応じた周波数のパルス信号を生成する。したがって、生体と、物体との静電容量が異なることから、パルス発振回路２０で生成されるパルス信号の周波数を比較することで生体を検知することができる。
【００５２】
具体的には、コンパレータ４０によって、パルス発振回路２０から出力されたパルス信号と、基準しきい値Ｔ１の周波数を比較することで、被検体１が生体であるかどうかを判定する。
【００５３】
コンパレータ４０に供給される基準しきい値Ｔ１は、被検体１が絶縁体であった場合に、パルス発振回路４０で発生されるパルス信号である。絶縁体の静電容量は、生体の静電容量に較べて非常に小さい。例えば、人間の皮膚などは絶縁体に較べて数１０〜数千倍の静電容量を持っていることが分かっている。
【００５４】
ＣＲ発振器であるパルス発振回路２０において、抵抗値を一定とし静電容量を増加させると、時定数は静電容量に比例して大きくなるため、生成されるパルス信号の周波数は小さくなる。
【００５５】
したがって、コンパレータ４０は、絶縁体を被検体１とした場合に生成されるパルス信号である、基準しきい値Ｔ１の周波数よりも低い周波数がローパスフィルタ３０から出力された場合、端子電極２１に接触した被検体１を生体とするような判定処理を行う。
【００５６】
なお、本発明の実施の形態では、被検体１が生体であるかどうかを、パルス発振回路２０で生成され、ローパスフィルタ３０を介して出力されるパルス信号と、基準しきい値Ｔ１とをコンパレータ４０にて比較することで判定しているが、本発明は、これに限定されるものでなく、被検体１の静電容量に応じた周波数を有する被検体信号を利用したものであれば、どのような手法も適用可能である。
【００５７】
生体検知装置５０が備える端子電極２１は、図１２に示すように、指紋読み取りセンサ１４のモールド部２７に形成されている。
【００５８】
図１３に、図１２で矢印Ａを記した位置における指紋読み取りセンサ１４の断面図を示す。指紋読み取りセンサ１４は、シリコンなどの基板２２上に、層間膜２４を介して、電極２５が８０μｍピッチでアレイ状に配置され、その上面を絶縁膜２６でオーバーコートしたセンサ部２３が形成されている。また、指紋読み取りセンサ１４の電極２５は、ワイヤボンディングが施されている。指紋読み取りセンサ１４は、このワイヤボンディングされた電極２５の接合信頼性を確保するために、熱可塑性のモールド樹脂によりモールド封止されモールド部２７が形成される。
【００５９】
ワイヤボンディングされた指紋読み取りセンサ１４は、所定の金型に入れられ、モールド樹脂を金型内に注入することでモールド封止がなされる。
【００６０】
モールド封止時に、図１２に示すような位置となるように端子電極２１を上記金型内に配置させると、温度が下がりモールド樹脂が硬化することで、生体検知装置５０の端子電極２１を備えた指紋読み取りセンサ１４が形成されることになる。
【００６１】
また、図１４に示すように生体検知装置５０の端子電極２１を、モールド部２７に複数、設けるようにしてもよい。この場合、複数設けられた端子電極２１のいずれか２つに指が接触すれば、生体検知装置５０による生体検知が実行される。
【００６２】
このように、端子電極２１を複数設けることで、例えば、センサ部２３と比較して指が小さい人が指紋認証する場合に、端子電極２１に指が接触せず、生体検知装置５０による生体検知が実行されないといったエラーを防止することができる。
【００６３】
さらにまた、図１５に示すように、生体検知装置５０の端子電極２１をセンサ部２３の周囲を囲むように配置させることで、任意方向から指置きされた場合でも、端子電極２１に確実に被検体１である指が接触することになり、生体検知装置５０による生体検知が確実に実行される。
【００６４】
また、モールド部２７を形成するモールド樹脂に、導電性の高い金属粉、又は、カーボンなどを混入させ端子電極２１が、視覚的に露出しないようにしてもよい。モールド樹脂に混入させた金属粉の色、または、カーボンなどの色により、端子電極２１がどこに配置されているのかを分からなくすることができるため、不正に指紋照合をしようとする不正利用者に対する抑制効果となる。
【００６５】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明の指紋照合装置は、半導体指紋センサの周縁に形成されるモールド部に、被検体の静電容量に応じた周波数の違いによって、上記被検体が生体であるかどうかを判定する生体検知装置の上記被検体を接触させる測定電極対を設けることで、簡単な装置構成で、生体検知を確実且つ容易に行うことができるため、セキュリティの高い指紋照合を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態として示す指紋照合装置の外観を示した図である。
【図２】同指紋照合装置の構成について説明するための図である。
【図３】指紋読み取りセンサからの代表的な出力例を示した第１図である。
【図４】指紋読み取りセンサからの代表的な出力例を示した第２図である。
【図５】指紋読み取りセンサからの代表的な出力例を示した第３図である。
【図６】指紋読み取りセンサからの代表的な出力例を示した第４図である。
【図７】指紋読み取りセンサからの代表的な出力例を示した第５図である。
【図８】指紋読み取りセンサからの代表的な出力例を示した第６図である。
【図９】本発明の実施の形態として示す指紋照合装置が備える生体検知装置の構成の一例を示した図である。
【図１０】生体検知装置が備えるパルス発振回路の回路図である。
【図１１】パルス発振回路の動作について説明する際に用いる図である。
【図１２】指紋読み取りセンサの構成を説明するために用いる図である。
【図１３】指紋読み取りセンサの構成を説明するために用いる断面図である。
【図１４】指紋読み取りセンサの別な例を示した第１図である。
【図１５】指紋読み取りセンサの別な例を示した第２図である。
【符号の説明】
１  被検体、１０  指紋照合装置、１４  指紋読み取りセンサ、２０  パルス発振回路、２１  端子電極、２７  モールド部  ５０  生体検知装置
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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