(57)【要約】【課題】コンパクトかつ安価で、指紋入力の信頼性の高いスウィープ型指紋入力装置を提供する。【解決手段】指紋入力装置は、表面に開口３１を有する筐体３と、開口３１に露出している指紋センサ面２１に当接されながら移動する指１の指紋画像を読み取る指紋センサ２と、指紋センサ２を、指紋センサ２の向きを変化可能に支持するセンサ台４ａとを有する。【選択図】  図１
2005160846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に開口を有する筐体と、
該開口に露出している指紋センサ面に当接されながら移動する指の指紋画像を読み取る指紋センサと、
該指紋センサを、該指紋センサの向きを変化可能に支持するセンサ台とを有する指紋入力装置。
【請求項２】
前記開口の内部に設けられた支持台と、
一端が前記センサ台に、他端が前記支持台に固定され、前記支持台と平行な面内の前記指の移動方向に直交する軸の周りに回転反力を与える弾性部材とをさらに有する、請求項１に記載の指紋入力装置。
【請求項３】
前記弾性部材は、両端が直線状に延び、内部にシャフトが挿入されたコイルバネである、請求項２に記載の指紋入力装置。
【請求項４】
前記開口の内部に設けられた支持台と、
前記センサ台の前記指紋センサ面の反対面に固定され、該センサ台を回転可能に支持するボールジョイントと、
一端が前記支持台に、他端が該ボールジョイントに固定され、前記支持台の略垂直方向に圧縮反力を与える弾性部材とさらに有する、請求項１に記載の指紋入力装置。
【請求項５】
前記弾性部材は内部にシャフトが挿入されたコイルバネである、請求項４に記載の指紋入力装置。
【請求項６】
前記開口の内部に設けられ、前記センサ台と対向する表面に前記指の移動方向と直交する向きに延びる略半円断面の突起を有する支持台をさらに有し、
前記センサ台は、該突起と対向する面に溝を有し、
前記センサ台は、該突起が該溝に嵌合することにより、前記支持台に回転可能に支持される、請求項１に記載の指紋入力装置。
【請求項７】
前記開口の内部に設けられた支持台と、
前記指の移動方向に沿って前記センサ台の両側に設けられ、一端が前記センサ台に、他端が前記支持台に固定され、該センサ台を、該センサ台との接合部で回転可能に支持する複数のボールジョイントをさらに有し、
前記センサ台は弾性部材によって形成され、
前記指紋センサは、変形可能なシートに指紋画像を読み取るセンサ要素を配設して形成されている、請求項１に記載の指紋入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスウィープ型指紋入力装置に関し、特にスウィープ型指紋入力装置の指紋センサの支持構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、多くの指紋入力装置では、指紋の全体像を読み取る面センサが使用されているが、近年、面センサに比べ、実装面積が小さく、価格の安いスウィープ型の指紋センサが使用されている（例えば、特許文献１参照。）。スウィープ型の指紋センサは、例えば携帯電話のセキュリティ機能の一環として、携帯電話に指紋センサを設置して、パスワード入力の代わりに指紋を入力するような用途に用いられている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００３】
スウィープ型の指紋入力装置では通常１次元のライン型のセンサを用いており、指紋の全体像を複数の指紋の部分像を再構成して得るために、入力者が指を移動させながら、複数のライン状の指紋画像を取得する。しかし、指の移動による入力は、特に入力者が不慣れな場合、入力者の指の移動速度、指紋センサへの力の掛け具合、指表面と指紋センサ面との接触面積等が一定せず、得られる指紋画像の品質が面センサに比べて劣る可能性がある。そこで、スウィープ型の指紋センサにおいて、より指紋入力の信頼性を高める方法が開示されている。
【０００４】
例えば、筐体に設けられたスリットから外周面の一部を露出させて回転可能な透明な回転ローラを設け、その下部にセルフォックレンズ、１次元撮像素子、光源を設ける方法が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。また、１次元センサを指のスウィープ方向に２ライン設けて、指の移動速度の変化による指紋画像の変形を補正する方法が開示されている（例えば、特許文献４参照。）。
【０００５】
一方、面センサを採用した指紋入力装置においては、センサの向きを指の動きに追従させて、指のセンサへの密着性を改善することによって、指紋入力の信頼性を高める方法も開示されている。
【０００６】
例えば、筐体と、筐体に設けられた穴と、穴の周辺部に取り付けられた支持部材と、外面に指紋センサ面を有し、支持部材に回転可能に取り付けられた指紋センサとを備え、指紋センサ面は筐体外面と面一に構成された指紋入力装置が開示されている（例えば、特許文献５参照。）。また、入力者が指紋センサの指紋センサ面に指を置くと、その指圧力によって、バネ等で構成された追従機構が伸縮し、本体が回転して、指を指紋センサ面に一定の角度で当てられるようにする指紋入力装置が開示されている（例えば、特許文献６参照。）。
【特許文献１】特開昭６３−２７３９７６号公報
【特許文献２】特開２００３−１５７４２９号公報
【特許文献３】特開２００２−１３３４０２号公報
【特許文献４】特開２００２−２１６１１６号公報
【特許文献５】特開２００３−７０７６９号公報
【特許文献６】特開２０００−２９３６６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のスウィープ型指紋入力装置は、特許文献１〜４のように、指紋センサが装置に対して一定の角度で固定されているので、指を移動させて入力する際に指紋センサ面が弾性面である指の表面形状に追従しにくい。このため、指の表面形状によって指の表面と指紋センサ面との間に隙間があき、接触面積が小さくなって、良好な指紋画像を得られないという問題があった。
【０００８】
一方、面センサを採用した指紋入力装置は、特許文献５、６に示す従来技術のように、指の動きに対する指紋センサの追従性は確保しやすいが、指を押し込むストロークが大きかったり、バネ等で構成された追従機構が複雑であったりするなど、筐体の厚さ方向の必要スペースが大きく、携帯電話等の小型端末への適用には設置スペース上の問題があった。また、小型端末への適用に当たってはシンプルかつ安価であることも要請されており、従来のスウィープ型の指紋センサはこの点でも十分とはいえなかった。
【０００９】
本発明は、以上の状況に鑑みて、コンパクトかつ安価で、指紋入力の信頼性の高いスウィープ型指紋入力装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のスウィープ型指紋入力装置は、表面に開口を有する筐体と、開口に露出している指紋センサ面に当接されながら移動する指の指紋画像を読み取る指紋センサと、指紋センサを、指紋センサの向きを変化可能に支持するセンサ台とを有している。
【００１１】
これによって、指紋を入力する際に、指と指紋センサとの接触面の接触角度が自動調整されるので、指紋センサは良好な指紋画像を得ることができる。
【００１２】
本発明のスウィープ型指紋入力装置は、開口の内部に設けられた支持台と、一端がセンサ台に、他端が支持台に固定され、支持台と平行な面内の指の移動方向に直交する軸の周りに回転反力を与える弾性部材とをさらに有するように構成することができる。
【００１３】
また、弾性部材は、両端が直線状に延び、内部にシャフトが挿入されたコイルバネである。
【００１４】
本発明のスウィープ型指紋入力装置は、開口の内部に設けられた支持台と、センサ台の指紋センサ面の反対面に固定され、センサ台を回転可能に支持するボールジョイントと、一端が支持台に、他端がボールジョイントに固定され、支持台の略垂直方向に圧縮反力を与える弾性部材とさらに有するように構成することができる。
【００１５】
また、弾性部材は内部にシャフトが挿入されたコイルバネである。
【００１６】
本発明のスウィープ型指紋入力装置は、開口の内部に設けられ、センサ台と対向する表面に指の移動方向と直交する向きに延びる略半円断面の突起を有する支持台をさらに有するように構成することができる。センサ台は、突起と対向する面に溝を有し、センサ台は、突起が該溝に嵌合することにより、支持台に回転可能に支持される。
【００１７】
本発明のスウィープ型指紋入力装置は、開口の内部に設けられた支持台と、指の移動方向に沿ってセンサ台の両側に設けられ、一端がセンサ台に、他端が支持台に固定され、センサ台を、センサ台との接合部で回転可能に支持する複数のボールジョイントをさらに有するように構成することができる。この場合、センサ台は弾性部材によって形成され、指紋センサは、変形可能なシートに指紋画像を読み取るセンサ要素を配設して形成されている。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明のスウィープ型指紋入力装置によれば、入力者の指の動きや形状に合わせて指紋センサ面の向きが自動的に調整され、指の表面と指紋センサ面とが均一かつ一定の押圧力で接触し、十分な接触面積を確保することができるため、良好な指紋画像を取得することができる。
【００１９】
また、構造がコンパクトであるため、携帯電話等の小型携帯端末への装着にあたっても設置スペース上の問題がなく、容易に適用することができる。さらに、シンプルな構造であるため信頼性が高く、安価であるというメリットも奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明のスウィープ型指紋入力装置の第１の実施形態を図１に基づいて説明する。図１は、スウィープ型指紋入力装置の側方図を示す。
【００２１】
筐体３の表面の一部に開口３１があいており、開口３１の下方に支持台７ａが設けられている。支持台７ａは筐体３または内部構造（図示せず）に固定されている。支持台７ａは筐体３の一部であってもよい。
【００２２】
支持台７ａ上にはねじりバネ６が固定されている。ここでねじりバネ６とは、両端が直線状に延びたコイルバネを意味する。ねじりバネ６の直線状の一端は支持台７ａに、他端はセンサ台４ａ（後述）に固定されている。ねじりバネ６は、バネ径や太さ等で定まる所定の回転反力を、支持台７ａと平行な面内の指１の移動方向に直交する軸の周りに発生する。これにより、センサ台４ａには指１の表面側に押し上げる力が与えられ、指１との接触角度は指１の表面形状にあわせて自動調整される。また、シャフト５は、ねじりバネ６が変形しないようにねじりバネ６の形状を保持し、ねじりバネ６の回転反力を確保する。なお、ねじりバネ６は例示であり、支持台７ａとセンサ台４ａとの間に確実に回転反力を発生させることができればこれに限定されない。例えば、帯状板をU字型に曲げたものを用いることも可能である。
【００２３】
ねじりバネ６の他端はセンサ台４ａに固定されている。センサ台４ａは、入力者の指１の指紋面が指紋センサ２に当接することができるように指紋センサ２を支持している。指紋センサの指押し付け面である指紋センサ面２１は、開口３１から筐体３の外に露出している。指紋センサ２は、部分的な指紋画像を読み取るスウィープ型指紋センサであり、配線によって入出力ポート（図示せず）を介してＣＰＵ（図示せず）やメモリ部（図示せず）につながっている。取得された指紋画像は、これらの回路によって適宜画像処理される。なお、指紋センサ２は、使用されないときには、指紋センサ面２１が筐体３の表面から張り出さないように適宜ロック機構を設けて、筐体３の表面と面一になるようにしてもよい。
【００２４】
次に、スウィープ型指紋入力装置の動作について説明する。入力者は指１を図１の矢印方向に指紋センサ面２１に当接させながら移動する。あらかじめスウィープ型指紋入力装置に指紋入力を開始する命令を与えるか、または指１の押下によりセンサ台４ａが所定位置まで下がったことを検知すると、指紋センサ２は入力者の指１の移動にあわせて逐次部分的な指紋画像の取得を開始する。このとき、指紋センサ２およびセンサ台４ａは、ねじりバネ６の回転反力により、指１の表面と垂直な方向に動くことができるので、指紋センサ面２１の接触角度は指１の表面形状に追従して自動調整される。これにより、指紋画像を取得する際、指紋センサ２は指１との十分な接触面積を確保することができ、良好な指紋画像を得ることができる。
【００２５】
以上説明したように、本実施形態のスウィープ型指紋入力装置は、指紋センサ２が容易に指１の動きに追従することができるため、指紋画像取得の信頼性を向上させることができ、短時間での指紋画像取得が可能となり使い勝手も向上する。また、簡易な構造であるので、故障のおそれが少なく、使用にともないねじりバネ６の回転反力が低下しても、ねじりバネ６を容易に交換することができる。さらに、安価かつ省スペース性に優れているので、携帯電話等の小型端末への装着も容易である。
【００２６】
なお、以上の構成に加えてダンパをねじりバネ６に併設することも可能である。ダンパは指１を離したときにねじりバネ６の復元を抑制する効果があり、ねじりバネ６の急激な動きを防止することができる。
【００２７】
次に、本発明のスウィープ型指紋入力装置の第２の実施形態を図２に基づいて説明する。図２は、スウィープ型指紋入力装置の側方図を示す。第１の実施形態とは、指紋センサの接触角度を指の表面にあわせて調整する機構が異なっている。
【００２８】
筐体３、支持台７ｂ、指紋センサ２の構成は第１の実施形態と同様であるので、以下では異なる部分を中心に説明する。支持台７ｂ上にはコイルバネからなるバネ９の一端が支持され、バネ９の他端はボールジョイント８ｂに固定されている。ボールジョイント８ｂはセンサ台４ｂを回転可能に支持する。バネ９は指１の押し込み方向、すなわち支持台７ｂの略垂直方向に圧縮力を生じる向きにセットされている。バネ９の内部にはバネ９の形状を保持するための可動シャフト（図示せず）が挿入されている。可動シャフトは例えば所定の内径の中空部を有する外側円筒と、外側円筒の中空部の径よりも小さな外径を有する内側円筒からなり、バネ９の伸縮に合わせて内側円筒が外側円筒に挿入され、バネ９の長さに追従しながらバネ９の形状を保持する。
【００２９】
このように、バネ９とボールジョイント８ｂを備えたことによって、指１を図２の矢印方向に移動して指紋を入力する際、指１の押し込み方向の動きはバネ９が吸収し、指１の回転方向の動きはボールジョイント８ｂが吸収する。すなわち、指紋センサ２とセンサ台４ｂは、ばね９により所定の力で指１の表面に押し付けられ、かつボールジョイント８ｂにより接触角度が自動調整されて、指紋センサ２は指１の表面と常に平行になる。このようにして、指紋センサ２は指１の表面と、均一かつ一定の押圧力で接触し、また、十分な接触面積を確保することができ、良好な指紋画像を得ることができる。
【００３０】
なお、バネ９は指１の押し付け方向に対して所定の垂直反力を発生させることができればコイルばねに限定されない。例えば、空気を封入した空気バネや、ウレタン等の弾性材を用いることも可能である。
【００３１】
次に、本発明のスウィープ型指紋入力装置の第３の実施形態を図３に基づいて説明する。図３は、スウィープ型指紋入力装置の側方図を示す。第１、第２の実施形態とは、指紋センサの接触角度を指１の表面にあわせて調整する機構が異なっている。
【００３２】
支持台７ｃはセンサ台４ｃと対向する面に傾斜支点７１を有している。傾斜支点７１は、筐体３の開口の内部に設けられ、センサ台４ｃと対向する表面に指１の移動方向（図３に矢印で示す）と直交する向きに延びる略半円断面の突起である。センサ台４ｃの傾斜支点７１ｃと対向する面には、傾斜支点受け４１が設けられている。傾斜支点受け４１は傾斜支点７１と嵌合する溝である。また、センサ台４ｃには指紋センサ２が取り付けられている。
【００３３】
指１を図３の矢印方向に移動して指紋を入力する際には、センサ台４ｃは、支持台７ｃの傾斜支点７１を軸として回転方向に自由に動くことができる。このため、指１が指紋センサ２面から受ける力は均一化され、指１と指紋センサ２との接触角度は、指１と指紋センサ２との接触面積が大きくなる方向に自動調整され、指紋センサ２は良好な指紋画像を得ることができる。
【００３４】
なお、本実施形態では傾斜支点７１は半円断面の突起である必要はなく、例えば半球状の突起でもよい。この場合突起に嵌合する傾斜支点受けは半球状の凹部となる。このような構成にすれば、指１の移動方向だけでなく移動方向と直交する方向にも指１と指紋センサ２との接触角度が自動調整されるので、指紋センサ２は良好な指紋画像を得ることができる。
【００３５】
本実施形態は、バネ等の部材を必要とせず、回転支点とその支点受けがあればよいので省スペース上はさらに有利であり、携帯電話等への装着性がより一層向上する。
【００３６】
なお、以上の第１〜第３の実施形態では、指１を指１の付け根と先端とを結ぶ線に沿って移動するものとして説明したが、指１の移動方向はこれと直交する方向でもよい。この場合の実施形態を図４に示す。図４は、第２の実施形態において、指１の移動方向を指１の付け根と先端とを結ぶ線と直交方向としたときのスウィープ型指紋入力装置の側方図を示す。実施形態の構成は第２の実施形態と同じである。第１、第３の実施形態でも同様に構成できることは勿論である。
【００３７】
次に、本発明のスウィープ型指紋入力装置の第４の実施形態を図５に基づいて説明する。図５は、スウィープ型指紋入力装置の側方図を示す。第１〜第３の実施形態とは、指紋センサおよびセンサ台自体の形状を指の形状に合わせて変化・追従させる点が異なっている。
【００３８】
筐体３の表面の一部に開口３１があいており、開口３１の下方に支持台７ｅが設けられている。支持台７ｅの指１の移動方向に平行な中心線に関してほぼ対称の位置にボールジョイント８ｅが設けられている。ボールジョイント８ｅは指１の移動方向に沿って複数個設けられていてもよい。ボールジョイント８ｅは、第２の実施形態で説明したボールジョイント８ｂと同等の構造であり、センサ台４ｅ（後述）が変形しても、センサ台４ｅに抵抗モーメントを与えずにセンサ台４ｅを支持台７ｅに固定する。
【００３９】
ボールジョイント８ｅにはセンサ台４ｅが支持されている。センサ台４ｅは、指１から受ける押し付け力によって、指１の形状に追従して変形可能な弾性部材で構成されている。
【００４０】
センサ台４ｅには指紋センサ２ｅが固定されている。指紋センサ２ｅは、変形可能なシートに指紋画像を読み取るセンサ要素を配設して形成されている。具体的には、指１から受ける押し付け力によって、指１の形状に追従して弾性変形しながら部分的な指紋画像を読み取ることのできる素材、例えばＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）で形成されている。
【００４１】
指１を図５の矢印方向（指１の根元から指先に向かう方向と平行方向）に移動して指紋を入力する際、指１の表面から受ける力により、センサ台４ｅは、移動方向と直交する面の指表面形状（指の横断面形状）に追従して弾性変形する。これにより、指１と指紋センサ２との接触面積が、センサ台が変形しない場合に比べ大きくなり、指紋センサ２は良好な指紋画像を得ることができる。
【００４２】
なお、ここでは、指１を指１の付け根と先端とを結ぶ線に沿って移動するものとして説明したが、指１の移動方向はこれと直交する方向でもよい。
【００４３】
また、本実施形態は指１の移動方向と直交する面の指１の表面形状に追従するものであるが、実施形態１〜３と組み合わせて、移動方向と平行方向の指１の表面形状にも同時に追従するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るスウィープ型指紋入力装置の側方図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係るスウィープ型指紋入力装置の側方図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係るスウィープ型指紋入力装置の側方図である。
【図４】本発明の第２の実施形態において指の移動方向が異なる場合のスウィープ型指紋入力装置の側方図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係るスウィープ型指紋入力装置の側方図である。
【符号の説明】
【００４５】
１    指
２、２ｅ    指紋センサ
２１    指紋センサ面
３    筐体
３１    開口
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ    センサ台
４１    傾斜支点受け
５    シャフト
６    ねじりバネ
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ    支持台
７１    傾斜支点
８ｂ、８ｄ、８ｅ    ボールジョイント
９    バネ
【図１】
2005160846.tif 000003
【図２】
2005160846.tif 000004
【図３】
2005160846.tif 000005
【図４】
2005160846.tif 000006
【図５】
2005160846.tif 000007