(57)【要約】  電界デバイスを有する生体認証スキャナおよびそのスキャナを使用する方法を開示する。電界デバイスは(a)電界生成装置を有さないか、または指などの生体認証対象に電界を供給するのを妨げられる電界生成装置を有し、かつ(b)複数の電界センサで構成された電界センサアレイを有する。センサアレイからの静電容量読取り値を使用して、センサに対応する位置に帰属される値を生成する。
2015508922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
(a)電界生成装置を有さないか、または生体認証対象に電界を供給するのを妨げられる電界生成装置を有し、かつ(b)複数の電界センサで構成された電界センサアレイを有する電界デバイスと、
前記電界センサアレイの前記センサから静電容量読取り値を受け取るように結合され、
(i)静電容量読取り値を供給する前記電界センサのうちの特定の1つの電界センサを特定し、
前記特定された電界センサの前記静電容量読取り値と隣接する電界センサからの静電容量読取り値との和を求め、
(ii)前記和を前記和に寄与するセンサの数で割って値を求め、
(iii)前記値を前記特定されたセンサに帰属させ、
(iv)すべてのセンサに対して値が帰属されるまでステップ(i)〜ステップ(iii)を繰り返すように前記静電容量読取り値を処理するようにプログラムされたコンピュータとを備える生体認証スキャナ。
【請求項２】
前記コンピュータは、前記値を使用して前記生体認証対象の画像を作成するようにさらにプログラムされる、請求項1に記載の生体認証スキャナ。
【請求項３】
前記コンピュータは、前記値を使用して、前記生体認証対象がデータベース内の情報と一致するかどうかを判定するようにさらにプログラムされる、請求項1に記載の生体認証スキャナ。
【請求項４】
生体認証対象を走査する方法であって、
(i)(a)電界生成装置を有さないか、または生体認証対象に電界を供給するのを妨げられる電界生成装置を有し、かつ(b)複数の電界センサで構成された電界センサアレイを有する電界デバイスを用意するステップと、
(ii)前記電界デバイスに生体認証対象を接触させるステップと、
(iii)静電容量読取り値を供給する前記電界センサのうちの特定の1つの電界センサを特定するステップと、
(iv)前記特定された電界センサの前記静電容量読取り値と隣接する電界センサからの静電容量読取り値との和を求めるステップと、
(v)前記和を前記和に寄与するセンサの数で割って値を得るステップと、
(vi)前記値を前記特定されたセンサに帰属させるステップと、
(vii)すべてのセンサに対して値が帰属されるまでステップ(iii)〜ステップ(vi)を繰り返すステップと、
(viii)前記値を前記生体認証対象を表す値として得るステップとを含む方法。
【請求項５】
前記得られた値を使用して前記生体認証対象の視覚的画像を生成するステップをさらに含む、請求項4に記載の方法。
【請求項６】
前記得られた値を使用して、前記生体認証対象がデータベース内の情報と一致するかどうかを判定するステップをさらに含む、請求項4に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、2012年2月6日に出願された米国仮特許出願第61/595322号の優先権の利益を主張する。
【０００２】
本発明は、指などの生体認証対象上の分散電荷に関連する電界を測定することによって機能する指紋走査デバイスに関する。
【背景技術】
【０００３】
1800年代に入って以来、インクおよび紙によって人間の指および手から指紋情報が収集されている。本明細書では、指紋という用語は、単一の指紋の皮膚表面摩擦隆線細部、部分指紋、または手もしくは足全体までを含む皮膚表面摩擦隆線の任意の部分を意味するのに使用される。近年、光学方法、静電容量方法、直圧方法、熱的方法、および音響方法を利用して様々な電子指紋走査システムが開発されている。音響、超音波、静電容量、および電界の測定に基づく方法は、油脂、ごみ、塗料、インク、およびその他の画像汚染物質の影響を実質的に受けないので最も正確であることが証明されている。静電容量センサは、指の皮膚が非常に乾燥している場合のように指紋の摩擦皮膚とスキャナのプラテンとの音響インピーダンス整合が不十分である場合に撮像を改善することができる可能性があるという点でさらなる利点をもたらし得る。
【０００４】
電界方法は、指を電界測定デバイスのアレイに容量結合するトランスデューサを使用する。電界は、静電界または電極と接触することによって指に結合される生成デバイスを使用する電界であってよい。電界は指全体にわたってほぼ一様であるが、電界は変動し、測定される電界に差を生じさせる。たとえば、指の摩擦皮膚の隆線が存在するとき、測定される電界は摩擦皮膚の谷線が存在するときに測定される電界とは異なる。この情報をグラフィカルに表示すると、スキャナ表面に接触する対象(人間の指または皮膚表面)の等高線図が形成される。たとえば、指紋の隆線および谷線などの任意のギャップ構造の深さをグレースケールビットマップ画像として表示することができる。プラテン表面との容量結合を介して電界を測定する場合、電界が静電容量プレート間の距離、すなわち、TFT入力パッドと指の皮膚との間の距離の関数であるという事実が利用される。指紋の隆線は入力パッドにより近く、谷線は、皮膚がTFT入力電極パッドからより遠くに位置する場所であり、したがって、指紋の隆線および谷線の位置を特定するのに使用できる電界測定値はそれぞれ異なる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、電界デバイスとセンサアレイに結合されたコンピュータとを有する生体認証スキャナとして具現化されてよい。電界デバイスは(a)電界生成装置を有さないか、または指などの生体認証対象に電界を供給するのを妨げられる電界生成装置を有し、かつ(b)複数の電界センサで構成された電界センサアレイを有する。コンピュータは、センサから静電容量読取り値を受け取るためにセンサアレイに通信可能に結合される。コンピュータは以下のように静電容量読取り値を処理するようにプログラムされる。
(i)静電容量読取り値を供給する電界センサのうちの特定の1つの電界センサを特定し、
(ii)特定された電界センサの静電容量読取り値と隣接する電界センサからの静電容量読取り値との和を求め、
(iii)その和をその和に寄与するセンサの数で割って値を求め、
(iv)その値を特定されたセンサに帰属させ、
(v)すべてのセンサに対して値が帰属されるまでステップ(i)〜ステップ(iv)を繰り返す。
【０００６】
コンピュータは、各センサに帰属される値を使用して生体認証対象の画像を作成するようにさらにプログラムされてよい。コンピュータは、値を使用して生体認証対象がデータベース内の情報と一致するかどうかを判定するようにさらにプログラムされてよい。
【０００７】
本発明は、生体認証対象を走査する方法として具現化されてよい。そのような方法は、
(i)(a)電界生成装置を有さないか、または生体認証対象に電界を供給するのを妨げられる電界生成装置を有し、かつ(b)複数の電界センサで構成された電界センサアレイを有する電界デバイスを用意し(100)、
(ii)電界デバイスに生体認証対象を接触させ(103)、
(iii)静電容量読取り値を供給する電界センサのうちの特定の1つの電界センサを特定し(106)、
(iv)特定された電界センサの静電容量読取り値と隣接する電界センサからの静電容量読取り値との和を求め(109)、
(v)その和をその和に寄与するセンサの数で割って値を求め、
(vi)その値を特定されたセンサに帰属させ(112)、
(vii)すべてのセンサに対して値が帰属されるまでステップ(iii)〜ステップ(vi)を繰り返し(115)、
(viii)これらの値を生体認証対象を表す値として得ることができる(118)。
【０００８】
方法は、得られた値を許容することと、これらの値を使用して生体認証対象の視覚的画像を生成することをさらに含んでよい。方法は、得られた値を許容することと、これらの値を使用して、生体認証対象がデータベース内の情報と一致するかどうかを判定することとをさらに含んでよい。
【０００９】
本発明の特性および目的をより完全に理解するには、添付の図面および以下の説明を参照すべきである。各図面について簡単に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】電荷源とセンサの外側プラテン面である分散静電容量層とを示す電界生体認証スキャナ機構の簡略図である。
【図２】測定すべき電荷を受け取る電界生体認証スキャナ測定回路を示す簡略化された概略図である。指は検出器と電界源との間の回路のノードとして簡略的に示されている。
【図３】測定すべき電荷を受け取る電界生体認証スキャナ測定回路を示す簡略化された概略図である。指は検出回路の複数の画素ノードをまたぐように示されており、指の抵抗によって隣接するコンデンサ同士の間で短絡が生じる。
【図４】電界センサ(TFTまたはCMOS)のアレイを示す図である。
【図５】電界型指紋スキャナとして構成された電界センサを示す図である。
【図６】静電容量型指紋スキャナとして構成された電界センサアレイを示す図である。
【図７】図5に示すスキャナの分解図である。
【図８】図6に示すスキャナの分解図である。
【図９】電界型指紋スキャナの動作の図である。
【図１０】静電容量型指紋スキャナの動作の図である。
【図１１】TFT電界検出画素の概略図である。
【図１２】任意の複数の摩擦皮膚接触点における画素静電容量皮膚抵抗ネットワークの概略図である。
【図１３】本発明による方法を示すフローチャートである。
【図１４】本発明によるシステムの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
各図には、特定の参照符号が示される。これらの参照符号は、以下の要素を示す。
1  電界スキャナ
2  TFT回路
3  電極アレイ
4  誘電体層
5  TFT基板
6  アンテナまたは励起バス
7  励起源(電界生成装置)
8  静電容量スキャナ
9  指
10  指の中の抵抗経路
11  静電容量プレート(身体導電性指表面の一部)
12  誘電体層4を介して電極3から指9に至る静電容量
13  対象となる接触ノードが示された、プラテン上の複数の接触ノードについての指摩擦皮膚抵抗およびセンサ静電容量の概略図
14  電極アレイ3の任意のセンサ要素と指9との間のセンサ静電容量
15  皮膚抵抗
【００１２】
本発明は、電界生体認証スキャナを動作させる方法として具現化されてよい。図1〜図5、図7、および図9は、従来技術に従って動作させたときの電界指スキャナを示す。そのようなスキャナは、撮像プラテンとして働く誘電体層と接触する皮膚などの生体認証対象の表面から得られる局所電界を測定する。スキャナは、(a)電界励起生成装置と、(b)電極のアレイと、(c)電極アレイを覆う誘電体層と、(d)電極アレイに電気的に接続された電界センサとを含む。
【００１３】
図1〜図9は、電界スキャナの各態様を示す。説明を明確にするために、説明の大部分において図9を参照する。図9には、指9と接触するアンテナ(またはバス)6を介して放射する電圧源7が示されている。電界は、指の抵抗10内を伝導し、指紋読取り装置1の誘電体表面4と接触する摩擦皮膚表面を通して出現し、誘電体表面4は、各々がTFTのそのような回路2のアレイ内の電界検出測定回路に接続された電極3のアレイの上方に一様に配設される。個々の回路が行アドレス指定および列アドレス指定され読み取られ、読み取られた領域および各画素回路に関連する電界の変動を表示するコンピュータシステムに情報を供給することができる。TFT上の個々の画素の回路が図11である概略図に示されている。従来技術において知られているように、指紋隆線から得られる電界は指紋谷線から得られる電界よりも強く、測定値は、指紋を忠実に表す画像として集合的に表示されてよい。
【００１４】
ユーザは、従来技術による指紋スキャナを動作させるために、指9を誘電体プラテン表面4と接触させ、一方、指紋プラテン領域の周縁である金属リングの形をとり得る電界生成装置の(すなわち、送信機の)アンテナ(または励起バス)6にも接触させる。指9は電界を受け取り、電界検出回路2に取り付けられた画素電極板3に誘電体を介して放射させる。電界は、指の指紋谷線および隆線と直接相関して強度が変動する。各電界センサ2におけるこの電界変動を検出し測定した後、センサ出力が行および列を単位として読み出され、読取り電子システムが、指の隆線および谷線皮膚表面から放射される電界の変動に類似したグレースケール指紋画像を再構築することができる。
【００１５】
本発明による方法では、電界スキャナが電界発生装置なしで動作する。このことは、生成装置をオフにするか、または電界が指に供給されることがないように生成装置の出力を接地することによって実現されてもよい。このモードでは、スキャナは静電容量指紋スキャナとして動作してよい。各電界センサから放出される信号は主として、2つのこと、すなわち、
(a)電極と電極を覆う誘電材料と誘電材料を覆う皮膚との間の静電容量、および
(b)電極と互いに隣接する電極を覆う誘電材料と誘電材料のその互いに隣接する部分を覆う誘電材料を覆う皮膚との間の静電容量
を表す。
理想的には、各電界センサから放出される信号は項目「b」において説明した静電容量の影響を受けず、その代わりに項目「a」に帰属可能な静電容量の影響のみを受ける。
【００１６】
項目「b」に対応する静電容量の部分を補償するために、特定の電界センサからの読取り値および隣接する電界センサからの読取り値を処理して値を得て、次いでその値をその特定の電界センサの位置に帰属させるこのプロセスを電界センサごとに繰り返して値を得て、その値を各電界センサ位置に帰属させる。静電容量に対応するこれらの帰属された値を指紋を表す情報として使用する。
【００１７】
うまく働く特定のプロセスでは、特定の電界センサの読取り値と隣接する電界センサからの読取り値との和を求め、次いでその和をその和に寄与するセンサの数で割る。したがって、特定のセンサが8つの隣接するセンサを有する場合、除数は9になる。しかし、特定のセンサが5つの隣接するセンサを有する場合、除数は6になる。図13はそのような方法をフローチャート形式で示す。
【００１８】
使用時には、本発明によるデバイスは、電界生成装置によって励起されない指に容量結合された電界センサを使用する。指がTFTアレイ上の電界検出測定回路のアレイを覆う誘電プラテンに接触すると、電界が指の皮膚内を伝導し、誘電プラテンを通して電界検出回路の入力電極に結合される。TFT上の、各センサが画素の一部である個々の画素回路が行アドレス指定および列アドレス指定を介して読み出され、信号が解釈されTFTアレイの画像表現に変換され、したがって、誘電プラテンと接触する指に関連する指紋の画像を作成することができる。
【００１９】
本発明による方法について概略的に説明したが、以下に本発明によるデバイスに関して説明し、そうするうえで本発明の方法についてさらに詳しく説明する。図10は電界生成装置を有さない電界指スキャナを示す。この電界デバイスは電界生成デバイス7やアンテナ6なしで動作する。この場合、センサは静電容量指紋スキャナデバイス8として動作し、指は、誘電プラテン4に接触すると、指9の抵抗10を使用して隣接する画素入力板間に抵抗-容量回路を完成する。この共有される電荷容量は複数の画素入力板3からの寄与を受けるので、電荷はセンサ画素2間で分散され、中央画素がその各近傍画素と電荷を共有する。この静電容量電荷共有は、センサ表面全体にわたって線の鮮鋭度および画質を維持するのに十分であり、図12のように、皮膚に接触する中央画素はすぐ隣のどの画素よりも何倍も(大部分のセンサでは約8倍)の割り当てを受ける。実際の分散回路はすべての方向において外側に延び、すべての画素から寄与があるが、説明上、(たいていのセンサでは)すぐ隣の8つの画素のみが、対象となる任意の画素13との接続を共有する。その理由は、この領域の外側の画素からの寄与は無視できるからである。
【００２０】
図14は本発明によるシステムを示す。図14には(電界生成装置を有さない)電界デバイスおよびコンピュータが示されている。コンピュータは、上記の概略的に説明したように電界センサからの静電容量読取り値を処理するようにプログラムされる。そのようなコンピュータは特定の電界センサの静電容量読取り値と隣接する電界センサからの読取り値との和を取り、次いでその和をその和に寄与するセンサの数で割るようにプログラムされてよい。次いで、得られた値はその特定のセンサ位置に帰属される。このプロセスは、コンピュータによってすべての電界センサについて実行され、各センサ位置に対応する値が得られる。次いで、コンピュータによって生成された値をコンピュータが使用して指紋の画像を生成してもよく、またはこれらの値を使用してデータベース内の情報との比較を行い、指紋があらかじめ分析された指紋と一致するかどうかを判定してもよい。
【００２１】
本発明について1つまたは複数の特定の実施形態に関して説明したが、本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに本発明の他の実施形態を実施できることが理解されよう。したがって、本発明は添付の特許請求の範囲およびその合理的な解釈によってのみ限定されるとみなされる。
【符号の説明】
【００２２】
1  指紋読取り装置
2  TFTの回路
3  電極、電極アレイ、画素電極板、画素入力板
4  誘電体層、誘電プラテン、誘電プラテン表面、誘電体表面
6  アンテナ(またはバス)
7  電圧源、電界生成デバイス
8  静電容量指紋スキャナデバイス
9  指
10  指の抵抗
13  対象となる任意の画素
【図１】
2015508922.tif 000003
【図２】
2015508922.tif 000004
【図３】
2015508922.tif 000005
【図４】
2015508922.tif 000006
【図５】
2015508922.tif 000007
【図６】
2015508922.tif 000008
【図７】
2015508922.tif 000009
【図８】
2015508922.tif 000010
【図９】
2015508922.tif 000011
【図１０】
2015508922.tif 000012
【図１１】
2015508922.tif 000013
【図１２】
2015508922.tif 000014
【図１３】
2015508922.tif 000015
【図１４】
2015508922.tif 000016
【国際調査報告】
2015508922.tif 000017
2015508922.tif 000018