(57)【要約】【課題】  指を近接させて指の指紋パターンを指紋センサで検出するときに、指からの静電誘導ノイズにより指紋センサの性能が低下してしまうのを回避する。【解決手段】  近接された指からの光を受光し、指の指紋パターンを検出する指紋センサ１０において、指を載置する当該指紋センサの上面の所定領域と当該指紋センサにおける信号伝送路１４との間に、信号伝送路１４の上方を覆う固定電位に接続された低抵抗層１５を設ける。このように構成して、指（人体）からの静電誘導ノイズが指紋センサ１０に伝播してしまうのを抑制できるようにする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
指を近接させて指紋パターンを検出する指紋センサであって、
指を載置する当該指紋センサの上面の所定領域と当該指紋センサにおける信号伝送路との間に、前記信号伝送路の上方を覆う固定電位に接続された低抵抗層を備えていることを特徴とする指紋センサ。
【請求項２】
前記低抵抗層は、前記信号伝送路より幅広であることを特徴とする請求項１に記載の指紋センサ。
【請求項３】
前記低抵抗層は、アルミニウムからなることを特徴とする請求項１に記載の指紋センサ。
【請求項４】
指を近接させて指紋パターンを検出する指紋センサであって、
指を載置する当該指紋センサの上面の所定領域に対して、当該指紋センサの画素信号伝送路と、当該画素信号伝送路と対になる基準電圧伝送路とが空間的に等距離となるように配線されていることを特徴とする指紋センサ。
【請求項５】
指を近接させて指紋パターンを検出する指紋センサであって、
指を載置する当該指紋センサの上面の所定領域を有し、当該所定領域下に設けられた画素信号伝送路と、当該画素信号伝送路と対になる基準電圧伝送路とを有し、当該二つの伝送路が互いに縒り線状に形成されていることを特徴とする指紋センサ。
【請求項６】
前記指紋センサは、複数の光電変換素子を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の指紋センサ。
【請求項７】
前記指紋センサは、複数の静電容量検出素子を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の指紋センサ。
【請求項８】
前記指紋センサは、複数の圧電素子を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の指紋センサ。
【請求項９】
前記指紋センサは、複数の温度検出素子を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の指紋センサ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の指紋センサと、
前記指紋センサの上面の所定領域に載置された指に光を照射する光照射手段と
を含むことを特徴とする指紋読み取り装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の指紋読み取り装置と、
予め個人認証すべき対象者の指紋画像を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指紋画像と前記指紋登録手段に登録されている指紋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
を含む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、近接された指からの光を受光し、指の指紋パターンを検出する指紋センサ、指紋読み取り装置及び個人認証システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
画像を撮像する撮像装置において、センサが受けるノイズの１つの要因として、高周波で駆動するＣＰＵや撮像装置と併用される機器からの放射による電磁誘導ノイズがある。この電磁誘導ノイズの対策として、従来は、併用機器とセンサの間に高透磁率の物体（通常は金属体）を配置することや、長いケーブル類を束ねて不要輻射を抑制するといったことを行っていた。なお、特開平０７-３８７８９号公報（特許文献１）には、センサとノイズ源である併用機器との間に電磁シールド層を設け、しかもこの電磁シールド層がセンサへの入射光を低下させることないように最適化されたものであることが開示されている。
【０００３】
一方で、センサが外部から受けるノイズとして、電磁誘導ノイズ以外に静電誘導によるノイズがある。この静電誘導ノイズは、センサの検知部とノイズ源との間のキャパシタンスＣｐを介して伝播するものであり、そのキャパシタンス量が大きいほどノイズの伝播量は大きくなる。ところで、ある物質Ａと物質Ｂとの間にできるキャパシタンスの大きさは、電磁気学の理論から、物質Ａと物質Ｂ及び物質ＡＢ間を埋める物質の誘電率に比例し、物質ＡＢ間の距離に反比例する。そのため、一般的な検出装置のように、センサと被写体物との間には充分な距離があり、しかもその間を埋める物質が誘電率の低い空気である場合には、静電誘導によるノイズの影響は無視していいほど小さくなり、対策も必要とされなかった。
【０００４】
【特許文献１】特開平０７-３８７８９号公報
【特許文献２】特開２００３−６６２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、近年、セキュリティ分野でその必要性が注目されている指紋センサにおいては、指をセンサに近接する必要があり、このとき指が電気的なノイズを有していると、静電誘導によってセンサ性能が著しく低下してしまうという問題が生じることがあった。現実に指（人体）は、ＰＣモニターなどの電気機器の影響により数十ｍＶから十数Ｖ程度の電気的なノイズを有する状態になり易い。
【０００６】
指を近接して指紋パターンを撮像する指紋センサの一例としては、例えば、特開２００３−６６２７号公報（特許文献２）に開示されている指紋入力装置がある。この指紋センサでは、レンズやプリズムあるいは光ファイバなどの光学部材を使用せずにコントラストの強い指紋パターンを撮像するために、センサ上に載置される薄板の設計指針として屈折率１．４以上５以下、厚さを１００μｍ以下としている。この特許文献２の場合、薄板の厚みは限りなく０に近いほうがコントラストの観点では優れている。しかし、薄板の厚みを薄くすることにより、さらに静電誘導を受けやすくなることは前述の説明から明白である。加えて電磁気学の理論から、物質の屈折率ｎは、以下の［数１］のように与えられるため、屈折率のみに注目して薄板の部材を選択すると、比誘電率が高い物質が選ばれる場合があり、より静電誘導の影響を受け易いシステムとなる可能性があった。
【０００７】
【数１】
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【０００８】
また、誘導ノイズを低減する方法として、信号伝送路と、対になる信号伝送路とを同一平面上に平行に配置する方法がある。このように２つの信号伝送路を配置することにより両者にはほぼ等しいノイズ成分が重畳するので、差動増幅器でそれらの差分をとればノイズ成分のみを除去することが可能となる。
【０００９】
しかし、上述の方法は、電磁誘導ノイズに対しては有効に作用するが、静電誘導のようにノイズ源が近接するような場合には効果を発揮しないという問題があった。電磁誘導ノイズは、ある併用機器の電磁ノイズが空間を伝播して信号伝送路に重畳するものであり、ノイズ源である併用機器とセンサの間には、ある程度の距離が存在する。そのため、平行してパターニングされた２つの信号伝送路とノイズ源との距離はほぼ等しく、ノイズの影響も等しいと考えることができるので、差動増幅器によってノイズ成分のみ除去することができるのである。その一方で、静電誘導ノイズは、前述のようにノイズ源が信号伝送路に近い場合に問題となるノイズである。このように、ノイズ源が信号伝送路近くに存在する場合、ノイズ源とそれぞれの信号伝送路までの距離はほぼ等しいとは考えられなくなる。そのため、信号伝送路間でノイズ重畳の度合いが変化してしまい、差動増幅器でノイズをキャンセルすることができないからである。
【００１０】
本発明は上述の問題点を解決するためになされたものであり、指を近接させて指の指紋パターンを指紋センサで検出するときに、指からの静電誘導ノイズにより指紋センサの性能が低下してしまうのを回避することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の指紋センサは、指を近接させて指紋パターンを検出する指紋センサであって、指を載置する当該指紋センサの上面の所定領域と当該指紋センサにおける信号伝送路との間に、前記信号伝送路の上方を覆う固定電位に接続された低抵抗層を備えている。
【００１２】
本発明の指紋センサの他の態様は、前記低抵抗層は、前記信号伝送路より幅広である。
【００１３】
また、本発明の指紋センサのその他の態様は、前記低抵抗層は、アルミニウムからなる。
【００１４】
また、本発明の指紋センサのその他の態様は、指を近接させて指紋パターンを検出する指紋センサであって、指を載置する当該指紋センサの上面の所定領域に対して、当該指紋センサの画素信号伝送路と、当該画素信号伝送路と対になる基準電圧電線路とが空間的に等距離となるように配線されている。
【００１５】
また、本発明の指紋センサのその他の態様は、指を近接させて指紋パターンを検出する指紋センサであって、指を載置する当該指紋センサの上面の所定領域を有し、当該所定領域下に設けられた画素信号伝送路と、当該画素信号伝送路と対になる基準電圧伝送路とを有し、当該二つの伝送路が互いに縒り線状に形成されている。
【００１６】
また、本発明の指紋センサのその他の態様は、前記指紋センサは、複数の光電変換素子を備えている。
【００１７】
また、本発明の指紋センサのその他の態様は、前記指紋センサは、複数の静電容量検出素子を備えている。
【００１８】
また、本発明の指紋センサのその他の態様は、前記指紋センサは、複数の圧電素子を備えている。
【００１９】
また、本発明の指紋センサのその他の態様は、前記指紋センサは、複数の温度検出素子を備えている。
【００２０】
本発明の指紋読み取り装置は、前記記載の指紋センサと、前記指紋センサの上面の所定領域に載置された指に光を照射する光照射手段とを含む。
【００２１】
本発明の個人認証システムは、前記記載の指紋読み取り装置と、予め個人認証すべき対象者の指紋画像を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指紋画像と前記指紋登録手段に登録されている指紋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含む。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、指を近接させて指の指紋パターンを指紋センサで検出するときに、指（人体）からの静電誘導ノイズが指紋センサに伝播するのを抑制することができ、指紋センサにおける出力信号をＳ／Ｎの良いものとすることができる。これにより、高品質な指紋パターンを検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明に係る指紋センサ、指紋読み取り装置及び個人認証システムの実施形態について図面を参照しながら説明を行う。
【００２４】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における指紋センサの概略断面図である。指紋センサとしての２次元イメージセンサ１０は、画素部に増幅素子を備えたＸ−Ｙアドレス型のＣＭＯＳイメージセンサである。
図１において、１は半導体基板、１１はＰ型ウェル中にＮ型層を形成した光電変換部、１２は電荷信号を転送するゲート電極、１３は光電変換された信号を伝送する第１の信号伝送路、１４は垂直信号線等の第２の信号伝送路、１５は誘電ノイズシールド層、１６は第１の信号伝送路１３と第２の信号伝送路１４とを電気的に分離する第１の絶縁層、１７は第２の信号伝送路１４と誘電ノイズシールド層１５とを電気的に分離する第２の絶縁層、１８はイメージセンサ１０表面を平坦化するパッシベーション膜、１９は素子分離部である。ここで、誘電ノイズシールド層１５は導電性であり、接地あるいは固定電位に低インピーダンスで接続されている。また、信号伝送路は、画素信号の伝送路のみに限定されず、２次元イメージセンサ１０のバイアス線、クロック線、アナログ信号線等も含まれる。
【００２５】
図１に示した２次元イメージセンサ１０を指紋読み取り装置に利用する場合、２次元イメージセンサ１０上の所定領域に指を密着させ、別に設けられた光照射手段により当該指に光を照射する。そして、指内部から散乱してきた光を２次元イメージセンサ１０で受光する。２次元イメージセンサ１０に入射した光は、パッシベーション膜１８を透過して、光電変換部１１に到達し、そこで電子−ホール対となり電気信号に変換される。この電荷信号は、ゲート電極１２に印加されるパルスによって、第１の信号伝送路１３に転送される。この２次元イメージセンサ１０がＣＭＯＳセンサの場合、この電荷信号は画素内の増幅素子によって電圧信号に変換され、第２の信号伝送路１４から後段のラインメモリＣＤＳ回路、クランプ回路、アンプ回路などに伝送される。
【００２６】
ところで、前述したように、人体の電位は周囲の環境により絶えず変動しており、２次元イメージセンサ１０に密着させる指も非常に大きなノイズを含んでいる。一方、第２の信号伝送路１４は、垂直信号線や水平信号線といった複数画素で共通して使用する配線パターンであり、比較的長い配線パターンである。そのため、面積が大きくなり、ノイズ源である指との間に寄生容量を生じやすい。よって、第２の信号伝送路１４と指との間に静電誘導ノイズを遮断するための手段を備えていない場合には、指（人体）のもつノイズが容量カップリングにより伝播し、２次元イメージセンサ１０における出力信号のＳ／Ｎを著しく低下させてしまう。
【００２７】
これに対して、本実施形態における２次元イメージセンサ１０では、第２の信号伝送路１４と指との間に、接地あるいは固定電位に低インピーダンスで接続された誘電ノイズシールド層１５を設けたので、指（人体）のノイズが２次元イメージセンサ１０の内部に侵入するのを遮蔽することができるため、２次元イメージセンサ１０における出力信号のＳ／Ｎが著しく低下してしまうのを回避することが可能となる。
【００２８】
誘導ノイズシールド層１５の物質としては、半導体プロセスの援用が容易であるアルミニウムが製造コストの観点からも好ましい。また、アルミニウム等の金属を用いることにより、意図しない箇所からの光を反射させることができ、スミア対策等として遮光を兼ねるようにすることも可能である。
【００２９】
なお、ここでは２次元イメージセンサ１０の画素部周辺の信号伝送路における誘導ノイズのシールド方法について説明を行なってきたが、ノイズシールドを行う箇所としては当該画素部周辺に限定されるものではない。例えば、水平信号線やクランプ回路に静電誘導ノイズが重畳すれば、同様に２次元イメージセンサ１０の出力信号の品質（Ｓ／Ｎ）に重大な影響があることは明白であり、画素周辺以降の回路配線も同様にシールドされるべきである。
【００３０】
（第２の実施形態）
図２は、一般的なＣＭＯＳイメージセンサの等価回路図である。
１つの画素には、フォトダイオード２１と、フォトダイオードリセットスイッチ２２と、画素選択スイッチ２３と、増幅ソースフォロア２４とを有している。各画素の出力は、垂直信号線２５、水平信号線２６を経由して後段の差動増幅回路２７において、ある基準電圧２８との差分が増幅されるようになっている。この基準電圧とは、別途設けられた暗画素の出力信号や、信号を出力した各画素のリセット時ノイズ、などの場合が考えられる。これは、本発明の第２の実施形態の場合も同様である。このとき、基準電圧線２９のパターンは図２に示すように、水平信号線２６に添うように配線される。このように差動増幅回路２７につながる配線パターンをほぼ等しくパターニングすることにより、前述のとおり、外部から飛び込む電磁誘導ノイズの大きさ及び位相を各配線においてほぼ等しくなるので、差動増幅回路２７で当該電磁誘導ノイズを除去することが可能となる。
【００３１】
ところが、例えば指紋センサなどで問題となる静電誘導ノイズの場合には、ノイズ源となる指が配線パターンに近接して置かれるため、平行してパターニングされた信号線間においても当該静電誘導ノイズの伝播量が異なり、差動増幅器２７をもってしても当該静電誘導ノイズを除去しきれない場合が生じる。その様子を図３に模式的に示した。
【００３２】
図３は、一般的な指紋センサの等価回路図である。
画素３１は、４×４のマトリクス状に配置されており、各画素の出力は垂直シフトレジスタ３２、水平シフトレジスタ３３によって選択的に画素信号伝送路３５に読み出される。読み出された画素出力は、差動増幅器３７において基準電圧３４との差分をあるゲインで増幅されるようになっている。このとき、図３の破線で示した指３８の中心が画素配列の中央に置かれるようにしたとすると、画素信号伝送路３５は指３８の下に隠れるが、当該画素信号伝送路と対になる信号線である基準電圧伝送路３６は指３８の下には隠れていない。そのため、ノイズ源である指と各信号伝送路との距離は等しくならずに、信号伝送路に重畳するノイズも異なる。
【００３３】
上述した従来の配線パターン（図４参照）のように、単に２つの信号伝送路（３５，３６）を平行してパターニングするだけでは、静電誘導ノイズのようにノイズ源が近接する場合においては、ノイズ源と信号伝送路の空間的な同一性を保てずに、差動増幅回路３７をもってしても静電誘導ノイズを除去することができない。
【００３４】
そこで、本発明者らは、以下に示す指紋センサの形態を思料した。
図５は、本発明の第２の実施形態における指紋センサの等価回路図である。
図５に示すように、本実施形態における指紋センサは、各画素からの出力信号を伝送する画素信号伝送路５５と、当該画素信号伝送路と対になる信号線である基準電圧伝送路５６とを縒り線状に形成する。このように形成することにより、ノイズ源である指と各信号伝送路（５５，５６）との距離をほぼ等しく保つことができるため、各信号伝送路（５５，５６）に重畳する静電誘導のノイズ量も等しくなり、差動増幅器３７によるノイズ除去が可能となる。この画素信号伝送路５５と基準電圧伝送路５６とを実際の半導体プロセスにおいて形成するには、図６に示すように、２つのアルミ配線層に対してそれぞれ所定のパターニングを行なって、アルミ配線層間をスルーホールで接続することにより、各伝送路を縒り線状に形成する。このように形成することにより、製造プロセスを複雑にすることなく縒り線を形成できる。
【００３５】
（第３の実施形態）
次に、上述した指紋センサを有する指紋読み取り装置、及び当該指紋読み取り装置を含む個人認証システムの実施形態を図７及び図８を参照して説明する。
【００３６】
図７は、本発明の第３の実施形態における個人認証システムの概略構成図である。また、図８は、第３の実施形態における個人認証システムを構成する指紋読み取り装置１００の概略構成図である。
図７に示す個人認証システムは、複数の光電変換素子を含み構成される指紋センサ１０１と、その周辺回路部１０２と、指紋センサ１０１上に置かれた指に対して光を照射するＬＥＤ（光照射手段）１０３と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、指紋の照合を行う指紋照合装置２００とを備える。
【００３７】
周辺回路部１０２は、例えば図１に示した半導体基板１上に形成され、図８に示すように、指紋センサ１０１の動作を制御する制御回路（駆動回路）１０２１と、指紋センサ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Ａ／Ｄコンバータ１０２３と、Ａ／Ｄコンバータ１０２３にて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通信制御回路１０２４及びそれに接続されるレジスタ１０２５と、ＬＥＤ１０３のＬＥＤの発光を制御するＬＥＤ制御回路１０２６と、外部の発振子１０２７から供給される基準パルスに基づき上述の回路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タイミング発生器１０２８とを含み構成されている。この周辺回路部１０２を含む回路は、上述したものに限らず、別種の回路を含めてもよい。また、上述した回路の１部を別チップとして構成してもよい。
【００３８】
指紋照合装置２００は、周辺回路部１０２の通信制御部１０２４から出力される通信データを入力する入力インターフェース１１１と、この入力インターフェース１１１に接続される画像処理部（指紋照合手段）１１２と、この画像処理部１１２に接続される指紋画像データベース（指紋登録手段）１１３及び出力インターフェース１１４とを備えている。出力インターフェース１１４は、使用やログイン等に際して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。
【００３９】
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指の指紋画像が登録されている。ここでの対象者は、１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を介して入力される。
【００４０】
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づいて照合し、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を介して出力する。
【００４１】
なお、本実施形態では、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、必要に応じて指紋照合装置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、本実施形態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。
【００４２】
本発明の実施形態では、指紋センサとして、被写体情報検出素子である複数の光電変換素子を備えた２次元イメージセンサについて説明を行なってきたが、静電容量タイプの凹凸パターンからなる複数の静電容量検出素子や複数の圧電素子、複数の温度検出素子などを前述の光電変換素子と同様に指紋センサに適用し、これらの出力を電気信号に変換した後の配線経路で重畳する静電誘導ノイズを遮蔽することにより、指紋センサの出力信号の品質を高めるようにした形態も本発明に含まれる。また、半導体プロセスの援用によって、指紋センサに直に誘電ノイズシールド層１５を形成すること、あるいは指紋センサからの出力信号を伝送する画素信号伝送路５５と当該画素信号伝送路と対になる信号線である基準電圧伝送路５６とを縒り線状に形成することにより、製造プロセスを複雑にすることなく、低コストで静電誘導ノイズを低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１の実施形態における指紋センサの概略断面図である。
【図２】一般的なＣＭＯＳイメージセンサの等価回路図である。
【図３】一般的な指紋センサの等価回路図である。
【図４】一般的な配線パターンの模式図である。
【図５】本発明の第２の実施形態における指紋センサの等価回路図である。
【図６】本発明の第２の実施形態における指紋センサの配線パターンの模式図である。
【図７】本発明の第３の実施形態における個人認証システムの概略構成図である。
【図８】本発明の第３の実施形態における個人認証システムを構成する指紋読み取り装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  半導体基板
１０  ２次元イメージセンサ
１１  光電変換部
１２  ゲート電極
１３  第１の信号伝送路
１４  第２の信号伝送路
１５  誘電ノイズシールド層
１６  第１の絶縁層
１７  第２の絶縁層
１８  パッシベーション膜
１９  素子分離部
２１  フォトダイオード
２２  フォトダイオードリセットスイッチ
２３  画素選択部スイッチ
２４  増幅ソースフォロア
２５  垂直信号線
２６  水平信号線
２７  差動増幅回路
２８  基準電圧
２９  基準電圧線
３１  画素
３２  垂直シフトレジスタ
３３  水平シフトレジスタ
３４  基準電圧
３５  画素信号伝送路
３６  基準電圧伝送路
３７  差動増幅器
３８  指
５５  画素信号伝送路
５６  基準電圧伝送路
【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】
2005160629.tif 000008
【図６】
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【図７】
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【図８】
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