(57)【要約】【課題】指紋センサに指が置かれた場合のみに電源を投入することが可能な指紋検出回路を提供する。【解決手段】２次元アレイセンサと検出回路とからなる指紋検出回路であって、２次元アレイセンサの一部の出力を走査する走査手段と、走査手段からの出力パルスの数を計数する計数手段と、計数手段によるパルスの計数値が所定のしきい値を超えた場合に判定信号を出力する判定手段と、判定信号が出力された場合に、検出回路に供給する電源をＯＮにする電源制御手段とを備える。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元アレイセンサと検出回路とからなる指紋検出回路であって、
前記２次元アレイセンサの一部の出力を走査する走査手段と、
前記走査手段からの出力パルスの数を計数する計数手段と、
前記計数手段によるパルスの計数値が所定のしきい値を超えた場合に判定信号を出力する判定手段と、
前記判定信号が出力された場合に、前記検出回路に供給する電源をＯＮにする電源制御手段と
を備えたことを特徴とする指紋検出回路。
【請求項２】
前記走査手段は、前記２次元アレイを構成するセンサのうち、垂直または水平のいずれか一方向に連続する一列以上のセンサ列の出力を走査することを特徴とする請求項１に記載の指紋検出回路。
【請求項３】
前記走査手段は、２次元アレイの中心近傍のセンサを含むセンサ列の出力を走査することを特徴とする請求項２に記載の指紋検出回路。
【請求項４】
前記判定手段は、前記計数値が前記しきい値以下から該しきい値を超える値に変化した場合に判定信号を出力することを特徴とする請求項２または３に記載の指紋検出回路。
【請求項５】
前記電源制御手段は、前記２次元アレイセンサを構成するすべてのセンサの走査が終了したことを示す信号を入力した場合に、前記検出回路に供給する電源をＯＦＦにすることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の指紋検出回路。
【請求項６】
前記走査手段は、前記検出回路の一部を使用し、
前記電源制御手段は、前記検出回路のうち、該走査手段を除く回路に対して、電源供給のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の指紋検出回路。
【請求項７】
前記２次元アレイセンサは、感圧型容量検出方式のセンサであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の指紋検出回路。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の指紋検出回路を備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項９】
前記電子機器は、前記判定信号に基づいて指紋検出のアプリケーションを起動することを特徴とする請求項８に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、指紋を検出する指紋検出回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の指紋照合装置として、対象者の指が接触されることにより、指の指紋の情報を画像情報として取り込む指紋検知素子と、この指紋検知素子の動作電源の投入及び遮断を制御する制御手段とを備え、制御手段は、指紋検知素子に指が接触される直前に指紋検知素子の動作電源を立ち上げ、指紋の情報の取り込みの終了直後に動作電源を遮断することことにより省電力化を図ったものが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−０５６８５２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に示す指紋照合装置にあっては、指紋センサ周辺上部に板バネを設置し、指を指紋センサに置く際、指が板バネに触るようにして、この板バネを利用して、電源の制御を行っていたため、指以外のものが板バネに触れた場合でも電源が投入されてしまい、低消費電力上好ましくないという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、指紋を検出するセンサをモバイル機器等に搭載する場合に低消費電力化を達成するために、指紋センサに指が置かれた場合のみに電源を投入することが可能な指紋検出回路を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、２次元アレイセンサと検出回路とからなる指紋検出回路であって、前記２次元アレイセンサの一部の出力を走査する走査手段と、前記走査手段からの出力パルスの数を計数する計数手段と、前記計数手段によるパルスの計数値が所定のしきい値を超えた場合に判定信号を出力する判定手段と、前記判定信号が出力された場合に、前記検出回路に供給する電源をＯＮにする電源制御手段とを備えたことを特徴とする。
この構成によれば、センサの一部の出力を使用して、指が触れたか否かを判定し、指が触れたと判定された場合のみに検出回路に電源を供給するようにしたため、不要な動作をさせることなく低消費電力化を実現することが可能となる。
【０００７】
この発明は、前記走査手段は、前記２次元アレイを構成するセンサのうち、垂直または水平のいずれか一方向に連続する一列以上のセンサ列の出力を走査することを特徴とする。
この構成によれば、垂直または水平のいずれか一方向に連続する一列以上のセンサ列の出力を走査するようにしたため、連続する指紋の山と谷の部分を効率良く検出することができるため、判定信号の出力精度を向上させることができる。
【０００８】
また、この発明は、前記走査手段は、２次元アレイの中心近傍のセンサを含むセンサ列の出力を走査することを特徴とする。
この構成によれば、中心近傍のセンサを含むセンサ列の出力を走査するようにしため、指紋の山と谷の部分のデータを数多く検出できる可能性を向上させることができる。
【０００９】
また、この発明は、前記判定手段は、前記計数値が前記しきい値以下から該しきい値を超える値に変化した場合に判定信号を出力することを特徴とする。
この構成によれば、前記計数値が前記しきい値以下から該しきい値を超える値に変化した場合に判定信号を出力するようにしたため、指を押し続けた場合でも、指紋画像データ収集後、不要な動作をさせることなく、更なる低消費電力化を実現することができる。
【００１０】
また、この発明は、前記電源制御手段は、前記２次元アレイセンサを構成するすべてのセンサの走査が終了したことを示す信号を入力した場合に、前記検出回路に供給する電源をＯＦＦにすることを特徴とする。
この構成によれば、センサの走査が終了したことを示す信号を入力した場合に、検出回路に供給する電源をＯＦＦにするようにしたため、指が触れてから指紋画像が得られるまで間のみ電源を供給するだけで済み、低消費電力化を実現することが可能となる。
【００１１】
また、この発明は、前記走査手段は、前記検出回路の一部を使用し、前記電源制御手段は、前記検出回路のうち、該走査手段を除く回路に対して、電源供給のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことを特徴とする。
この構成によれば、走査手段は、検出回路の一部を使用し、電源制御手段は、検出回路のうち、該走査手段を除く回路に対して、電源供給のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うようにしたため、新たに設ける回路を簡単な構成で実現することが可能になる。
【００１２】
また、この発明は、前記２次元アレイセンサは、感圧型容量検出方式のセンサであることを特徴とする。
【００１３】
また、この発明は、前記指紋検出回路を備えた電子機器であることを特徴とする。
【００１４】
また、この発明は、前記電子機器は、前記判定信号に基づいて指紋検出のアプリケーションを起動することを特徴とする。
この構成によれば、判定信号に基づいて指紋検出のアプリケーションを起動するようにしたため、電子機器内に備えているＣＰＵの負荷を低減することができ、指紋検出回路の消費電力を低減することに加え、さらなる消費電力の低減が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態による指紋検出回路を図面を参照して説明する。図１は同実施形態の構成を示すブロック図である。この図において、符号１は、感圧型容量検出方式の２次元アレイセンサであり、２５６×２５６の素子で構成される。このセンサは、指紋の山谷をフィルム−基板間のギャップ変化で検出するもので出力値は多値である。以下の説明において、説明を簡単にするために、２次元アレイセンサ１の水平方向のセンサの並びを「行」と称し、垂直方向のセンサの並びを「列」と称する。符号２は、２次元アレイセンサ１の「列」を選択するセレクタであり、０列から２５５列を順に切り換えながら選択する。符号３０〜３ｆは、２次元アレイセンサ１の「行」を選択して多重化して出力する１６個のマルチプレクサ（ＭＵＸ）である。各々のマルチプレクサには、１６行おきの１６行分のセンサ出力が入力する。すなわち、０〜２５５をそれぞれ１６で除算した時の余り（Ｍｏｄ（１６）＝１〜１５）の値に対応する行の出力が入力される。したがって、マルチプレクサ３ｆには、１５行、３１行、４７行、６３行、・・・、２３９行、２５５行の１６行分が入力する。符号４０〜４ｆは、マルチプレクサ３０〜３ｆのそれぞれの出力（容量）を電圧変換するアンプ（ＡＭＰ）である。符号５０〜５ｆは、アンプ４０〜４ｆのそれぞれの出力をホールドするサンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ）である。符号６は、サンプルホールド回路５０〜５ｆからの１６の出力を多重化して一つの信号にするマルチプレクサである。符号７は、マルチプレクサ６から出力される信号をＡＤ変換するＡＤコンバータである。このＡＤコンバータの出力により、指紋画像のデジタルデータが得られる。符号８は、ＡＤ変換された信号（指紋画像のデジタルデータ）を指紋認識処理へ受け渡すインタフェース（Ｉ／Ｆ）である。
【００１６】
符号９は、２次元アレイセンサ１の出力を走査するためのタイミング信号を他の回路に対して出力するタイミングコントローラである。符号１０は、２次元アレイセンサ１に指が置かれたか否かを判定するために、パルスカウントのしきい値及びコンパレータの基準電圧を設定する設定部である。符号１１は、１６個あるアンプのうち、１つのアンプ（ここでは、アンプ４ｆ）のみの出力電圧と設定部１０より与えられる基準電圧とをコンパレートするコンパレータである。符号１２は、コンパレータ１１から出力されるパルスの数をカウントするカウンタであり、設定部１０より与えられるしきい値を超えた時点で判定信号を出力する。符号１３は、カウンタ１２より出力される判定信号に基づいて、検出回路に供給する電源のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う電源制御部である。この電源制御部１３によって電源供給のＯＮ／ＯＦＦ制御対象の検出回路は、マルチプレクサ３ｆ、アンプ４ｆを除く、マルチプレクサ３０〜３ｅ、アンプ４０〜４ｅ、サンプルホールド回路５０〜５ｆ、マルチプレクサ６及びＡＤコンバータ７（図１の破線で囲まれる部分）である。
【００１７】
次に、図２を参照して、電源供給のＯＮ／ＯＦＦ制御の動作を説明する。図２は、電源供給のＯＮ／ＯＦＦ制御の動作を示すフローチャートである。まず、図１に示す指紋検出回路が備えられる装置の電源がＯＮになると、設定部１０は、指紋検出回路の初期化を行うために、設定部１０は、コンパレータ１１に対して基準電圧を出力する。また、設定部１０は、カウンタ１２に対して、カウント値のしきい値を出力する（ステップＳ１）。このしきい値は、２５６×２５６素子のアレイセンサを用い、出力が多値である場合において、５０〜１００程度となる。また、このとき電源制御部１３は、電源ＯＮ／ＯＦＦ制御対象の検出回路に対して、電源ＯＦＦの制御信号を出力する。これにより、電源ＯＮ／ＯＦＦ制御対象の検出回路には、この時点では電源が供給されない。
【００１８】
次に、タイミングコントローラ９から出力される走査開始タイミング信号に応じて、カウンタ１２は、カウント値をリセットする（ステップＳ２）。また、セレクタ２およびマルチプレクサ３ｆは、走査動作を開始する。このとき、電源ＯＮ／ＯＦＦ制御対象の検出回路に対しては電源が供給されていないため、アンプ４ｆのみが信号を出力することとなる。このアンプ４ｆの出力は、コンパレータ１１によって基準電圧と比較されて、アンプ４ｆの出力が基準電圧より大きい場合にコンパレータ１１から比較結果の信号が出力される。そして、カウンタ１２は、コンパレータ１１から出力されるパルスの数のカウントを開始する（ステップＳ３）。
【００１９】
２次元アレイセンサ１の各素子の出力は、指紋の山の部分では大きくなり、谷の部分では小さくなるため、センサ出力が大きい場合のアンプ出力電圧とセンサ出力が小さい場合のアンプ出力電圧の中間の電圧をコンパレータ１１に入力する基準電圧にすれば、コンパレータ１１からは指紋の山の部分が触れた素子の出力のみをカウンタ１２へ入力することができる。そして、谷の部分が触れた素子の出力はコンパレータ１１から出力されないため、指紋の山の部分に対応するパルスがカウンタ１２へ入力することとなる。
【００２０】
次に、タイミングコントローラ９は、２次元アレイセンサ１のマルチプレクサ３ｆに接続されたすべてのセンサの走査（１フレーム分の走査）が終了した時点で、走査終了タイミングの信号を出力する。この信号が入力されるまで、すなわち走査が終了するまでの間（ステップＳ４）、カウンタ１２は、パルスカウントを続行し、走査が終了した時点のカウント値が設定部１０より与えられたしきい値を超えたか否かを判定する（ステップＳ５）。超えていなければ判定信号は出力せず、新たな走査開始タイミングに応じて、カウント値をリセットする。一方、カウント値がしきい値を超えていた場合、カウンタ１２は、判定信号を電源制御部１３に対して出力する（ステップＳ６）。これを受けて、電源制御部１３は、電源ＯＮ／ＯＦＦ制御対象の検出回路に対して、電源ＯＮの制御信号を出力する（ステップＳ７）。これにより、電源ＯＮ／ＯＦＦ制御対象の検出回路へ電源の供給がされ、新たな走査開始タイミングに応じて、２次元アレイセンサ１のすべてのセンサの走査（１フレーム分の走査）が行われ、指紋画像のデジタルデータがインタフェース８へ受け渡される。
【００２１】
次に、電源制御部１３は、タイミングコントローラ９より走査終了タイミングの信号が入力された時点で、電源ＯＮ／ＯＦＦ制御対象の検出回路に対して、電源ＯＦＦの制御信号を出力する（ステップＳ８，Ｓ９）。これにより、電源ＯＮ／ＯＦＦ制御対象の検出回路には、再び電源が供給されなくなる。
【００２２】
ここで、図３、４を参照して、コンパレータ１１の出力に基づいて指と指以外の物体を判別する動作を説明する。図３に示すように、２次元アレイセンサ１に指が触れた場合、コンパレータ１１には、アンプ４ｆの出力（１５行、３１行、・・・、２３９行、２５５行の１６行分の出力）が入力されて基準電圧と比較されるため、コンパレータ１１からは、指紋の山と谷の部分に対応したパルス幅の短いパルスが多数（５０〜１００個）出力される。一方、図４に示すように、２次元アレイセンサ１に指以外の物体が触れた場合、コンパレータ１１からは、物体の大きさに応じたパルス幅の長いパルスが少数出力される。このように、指の場合と指以外の場合では、パルスの数に差がでるため、適切なしきい値を用いれば、２次元アレイセンサ１に指が触れたとみなすことが可能となる。
【００２３】
このように、センサの一部のみの出力を得ることができる回路のみを使用して、指が触れたか否かを判定し、指が触れたと判定された場合のみに指紋検出回路全体に電源を供給するようにしたため、不要な動作をさせることなく低消費電力化を実現することが可能となる。特に、消費電力の大きいアンプ、ＡＤコンバータ等のアナログ回路を極力停止させ、簡単な回路のみで指が触れたことを判定するようにしたため、電力を効率良く使用することができる。
【００２４】
次に、図５、６を参照して、他の実施形態を説明する。図５は、他の実施形態による指紋検出回路の構成を示すブロック図である。図５に示す指紋検出回路が図１に示す指紋検出回路と異なる点は、カウンタ１２の計数値がしきい値を超えたか否かを示す２値の変数ＦＯＮを記憶するレジスタ１４を新たに設けた点である。また、図６に示すフローチャートが図２に示すフローチャートと異なる点は、ステップＳ１０〜Ｓ１２を新たに加えた点である。
【００２５】
図２に示す動作では、指を押し続けた場合、指紋画像データ収集後も電源ＯＮ／ＯＦＦ制御対象の検出回路はＯＮとＯＦＦの制御が繰り返し行われる。図５に示す指紋検出回路は、更なる低消費電力化のために、指を押し続けた場合でも、指紋画像データ収集後、電源ＯＮ／ＯＦＦ制御対象の検出回路をＯＦＦのまま維持する動作を実現するものである。
【００２６】
まず、図５に示す指紋検出回路が備えられる装置の電源がＯＮになると、指紋検出回路の初期化を行うために、設定部１０は、カウンタ１２に対して、カウント値のしきい値を出力し、レジスタ１４のＦＯＮの値を０にセットする。（ステップＳ１）。以下ステップＳ５までは図２と同様の動作を行う。ステップＳ５において、カウント値がしきい値を超えていなければ、ＦＯＮの値を０にセット（ステップＳ１２）し、新たな走査開始タイミングに応じて、カウント値をリセットする。一方、カウント値がしきい値を超えていた場合、ＦＯＮの値が０か１かの判定を行い（ステップＳ１０）、ＦＯＮ＝０でない場合、前の走査時から指が押し続けられていたと判断し、新たな走査開始タイミングに応じてカウント値をリセットする。一方、ＦＯＮ＝０の場合、ＦＯＮの値を１にセット（ステップＳ１１）し、ステップＳ６に移行する。以下図２と同等の動作を行う。
【００２７】
このように、指を押し続けた場合でも、指紋画像データ収集後、電源ＯＮ／ＯＦＦ制御対象の検出回路をＯＦＦにしたまま維持することができるため、不要な動作をさせることなく、低消費電力化を実現することが可能となる。
【００２８】
次に、図７を参照して、図１、５に示す指紋検出回路を電子機器に実装した例を説明する。図７は、図１、５に示す指紋検出回路を携帯端末に実装した状態を示す説明図である。この図に示すように、携帯電話端末の操作面に２次元アレイセンサ１を設けておけば、電子商取引などを行う場合の支払いの認証等に適用することが可能となる。また、このように電子機器に実装した場合、カウンタ１２が出力する判定信号に基づいて、指紋検出のアプリケーションを起動するようにすれば携帯電話端末内に備えているＣＰＵの負荷を低減することができるため、指紋検出回路の消費電力を低減することに加え、さらなる消費電力の低減が可能となる。また、指紋検出アプリケーションが起動した時点で、指紋検出回路の電源を供給するという方法も考えられるが、この場合、ユーザがアプリケーションの指示に応じて指を触れようとするまでの時間が長いと指紋検出回路が無駄な電力を消費してしまうため、好ましいことではない。しかし、本発明によって、指紋検出回路に対して電源を供給するようにすると、指紋検出回路に対して電源を供給している時間を、指が触れてから指紋画像を読み取るまでの時間のみにできるため、効率良く電力を消費することになり、結果的に省電力となる。
【００２９】
なお、前述した説明では、２５６行あるうち１６行のみのセンサ出力を使用して、指が触れたか否かを判定するようにしたが、２次元アレイの中心近傍を含むのであれば、１行のみの出力を使用して指が触れたか否かを判定するようにしてもよい。この場合、カウント値のしきい値は、センサ行の数に応じて減少させればよい。また、前述した説明では、水平方向（行方向）の走査を例にして説明したが、垂直方向（列方向）に走査するようにしてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、センサの一部のみの出力を得ることができる回路のみを使用して、指が触れたか否かを判定し、指が触れたと判定された場合のみに指紋検出回路全体に電源を供給するようにしたため、不要な動作をさせることなく低消費電力化を実現することが可能になるという効果が得られる。特に、消費電力の大きいアンプ、ＡＤコンバータ等のアナログ回路を極力停止させ、簡単な回路のみで指が触れたことを判定するようにしたため、電力を効率良く使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す回路の動作を示すフローチャートである。
【図３】指検出の動作を示す説明図である。
【図４】指以外の物体検出の動作を示す説明図である。
【図５】本発明の他の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図６】図５に示す回路の動作を示すフローチャートである。
【図７】図１に示す回路を電子機器に備えた状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１・・・２次元アレイセンサ（２５６×２５６素子）
２・・・セレクタ
３０〜３ｆ・・・マルチプレクサ（ＭＵＸ）
４０〜４ｆ・・・アンプ（ＡＭＰ）
５０〜５ｆ・・・サンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ）
６・・・マルチプレクサ（ＭＵＸ）
７・・・ＡＤコンバータ
８・・・インタフェース（Ｉ／Ｆ）
９・・・タイミングコントローラ
１０・・・設定部
１１・・・コンパレータ
１２・・・カウンタ
１３・・・電源制御部
１４・・・レジスタ
【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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