(57)【要約】【課題】異常電流などによる発熱を検知する指紋センサを提供する。【解決手段】  指紋を入力するための複数のセンサセルを有するセンサアレイとセンサアレイを駆動して指紋をセンスするセンサ制御手段とを備える指紋センサにおいて、  センサアレイの温度を測定するセンサアレイ温度測定手段と、  センサアレイから所定の距離離れた位置の温度を測定する離隔位置温度測定手段と、  センサアレイ温度と離隔位置温度との差を算出する温度差算出手段と、  算出された温度が、所定値より大きいか否かを判断する温度差判断手段と、  温度差が所定値より大きいときには、指紋センサの動作を停止させる動作停止手段と、  を有することを特徴とする指紋センサ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
指紋を入力するための複数のセンサセルを有するセンサアレイを駆動して指紋をセンスする指紋センサにおいて、
センサアレイの温度を測定するセンサアレイ温度測定手段と、
センサアレイから所定の距離離れた位置の温度を測定する離隔位置温度測定手段と、
センサアレイ温度と離隔位置温度との差を算出する温度差算出手段と、
算出された温度が、所定値より大きいか否かを判断する温度差判断手段と、
温度差が所定値より大きいときには、指紋センサの動作を停止させる動作停止手段と、
を有することを特徴とする指紋センサ。
【請求項２】
センサアレイ温度測定手段は、マトリックス上に配置された複数のセンサセルの各センサセル列の両端に設けた温度センサにより測定することを特徴とする請求項１記載の指紋センサ。
【請求項３】
センサアレイ温度測定手段は、各センサセル内に設けた温度センサにより測定することを特徴とする請求項１記載の指紋センサ。
【請求項４】
指紋を入力するための複数のセンサセルを有するセンサアレイを駆動して指紋をセンスする指紋センサにおいて、
各センサセル内に異常状態検知センサを設け、
各センサセル内に設けた異常状態検知センサによりセンサアレイの所定の異常状態を測定するセル異常状態測定手段と、
測定された異常状態の値が所定値より大きいときには、指紋センサの動作を停止させる動作停止手段と、
を有することを特徴とする指紋センサ。
【請求項５】
異常検知センサが、温度センサであることを特徴とする請求項４記載の指紋センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指紋センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話などの小型の情報装置は、近年の高機能化に伴い、インターネット等に接続して、個人情報を送信したり、装置に個人情報を格納することができるようになったため、これらの情報を保護する仕組みへの要望が強くなってきている。
【０００３】
従来は、このような装置のセキュリティを確保するための仕組みとして、パスワードなどによる個人認証が用いられてきた。
【０００４】
しかし、パスワードなどは盗用される危険性が高く、より信頼性の高い個人認証の実現が望まれている。
【０００５】
そのため、個人認証のための個人生体技術として、指紋による認証技術が開発されてきた。
【０００６】
例えば、静電容量方式の指紋センサによる個人認証技術がある。
【０００７】
この方式の指紋センサは、保護膜の下に多数の電極を並べ、指表面と電極の距離に応じた電荷を溜める。すなわち、指をこの指紋センサ面上に置くと、指紋の凹凸に応じて、各電極に電荷が溜まる。この電荷量は、指紋の凹部に対向する電極では少なく、指紋の凸部に対向する電極では多くなる。
【０００８】
そして、この電荷量を駆動回路によりセンスし、センスした電圧をアナログディジタル変換して指紋イメージ像として出力している。
【０００９】
この指紋センサは、指を接触させるために、センサの表面積を大きくとっている。
【００１０】
このため、誤って指紋センサを傷つけてしまう可能性が大きい。
【００１１】
そのため、指紋センサを使用しないときには指紋センサを外部から機械的に遮断し、使用するときにはシリンダの回転により指紋センサを露出する装置が提案されている(例えば特許文献１)。
【特許文献１】特開２００３−６７７３０号公報  （第２頁、第３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
指紋センサを機械的に遮断して防御するにしても、誤って、センサ表面に傷がつき、センサ表面に付いた傷が深い場合には、内部の回路などがショートして異常電流が発生し、指紋センサが発熱することは防止できない。
【００１３】
そして、この状態では、指紋センサの表面温度が高温に上昇するため、指紋センサを搭載した携帯電話などの利用者が火傷する恐れがある。
【００１４】
図８に従来例の説明図を示す。
【００１５】
指紋センサのセンサアレイに傷がつき、内部の回路がショートすると、指紋センサの電源端子に異常電流が流れる。このため、防止策として指紋センサの外部回路にヒューズを実装して、異常電流により断になるようにするなどの方法により、センサの動作を停止させている。
【００１６】
しかし、異常電流の検知をセンサ外部の部品で対応すると、携帯電話等の小型情報装置においては、実装スペースの点で不利である。
【００１７】
そのため、指紋センサ内部での異常電流などによる発熱の対策が求められている。
【００１８】
本発明は、異常電流による発熱を防止する指紋センサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の指紋センサは、指紋を入力するための複数のセンサセルを有するセンサアレイを駆動して指紋をセンスする指紋センサにおいて、センサアレイの温度を測定するセンサアレイ温度測定手段と、センサアレイから所定の距離離れた位置の温度を測定する離隔位置温度測定手段と、センサアレイ温度と離隔位置温度との差を算出する温度差算出手段と、算出された温度が、所定値より大きいか否かを判断する温度差判断手段と、温度差が所定値より大きいときには、指紋センサの動作を停止させる動作停止手段と、を有する構成である。
【００２０】
この構成により、異常電流による発熱の保護層へ伝導を、センサアレイの温度とセンサアレイと離れた位置との温度差とから、異常な温度上昇か否かを判断して、指紋センサの動作を停止することができるため、指紋センサによる火傷を事前に防止できる。
【００２１】
また、センサアレイ温度測定手段は、マトリックス上に配置された複数のセンサセルの各センサセル列の両端に設けた温度センサにより測定する構成である。
【００２２】
この構成により、センサアレイに最も隣接した位置で温度測定しているため、センサアレイの温度を精度よく測定できる。
【００２３】
また、センサアレイ温度測定手段は、各センサセル内に設けた温度センサにより測定すること構成である。
【００２４】
この構成により、センサアレイの内部で温度を測定しているため、より精度高くセンサアレイの温度を測定できる。
【００２５】
また、指紋を入力するための複数のセンサセルを有するセンサアレイを駆動して指紋をセンスする指紋センサにおいて、各センサセル内に異常状態検知センサを設け、各センサセル内に設けた異常状態検知センサによりセンサアレイの所定の異常状態を測定するセル異常状態測定手段と、測定された異常状態の値が所定値より大きいときには、指紋センサの動作を停止させる動作停止手段と、を有する構成である。
【００２６】
この構成により、センサセル内の異常状態を検知でき、指紋センサの動作を停止できるので、
人体への危険を事前に防止できる。
【００２７】
また、異常検知センサが、温度センサである構成である。
【００２８】
この構成により、センサアレイの異常温度を検知できるので、指紋センサによる火傷を事前に防止できる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明により、異常電流が発生した場合の発熱の防止を指紋センサ内部で防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
【実施例１】
【００３１】
図１に実施例の指紋センサの構成図１を示す。
【００３２】
指紋センサ１は、センサアレイ２と温度センサ６と温度比較部３とセンサ遮断部４とセンサ制御部５とからなる。
【００３３】
指紋センサ１の基本的構造は、シリコン等の基板層の上に配線層を積層し、その上にセンサアレイと温度センサの層、その上に保護層を積層する。
【００３４】
基板層にセンサ制御回路を搭載している。センサ制御回路は、温度比較部３とセンサ遮断部４とセンサ制御部５を有する。
【００３５】
センサアレイ２及びセンサ制御部５と、温度比較部３及びセンサ遮断部４及び温度センサ６とは別電源にしてある。
【００３６】
異常発生時に、異常状態を検知できるようにするためである。
【００３７】
センサアレイ２の上部の保護層の部分は露出しており、指紋センサ１の利用者が指を接触する部分となる。
【００３８】
センサアレイ２は、指紋を静電容量方式により検出する複数のセルの集合体である。大きさは、２ｃｍ×２ｃｍ程度である。
【００３９】
各セルは、センサアレイ２の中に、マトリックス上に配置されている。そして各セルの大きさは、５０μｍの正方形の大きさであり、センサアレイ２の中には、９万個程度のセルがある。
【００４０】
各セルは、指紋を検出するための指紋検出センサ１４などを有する。この指紋検出センサ１４は、電極等が設けられており、指の指紋による電荷量を蓄積する。
【００４１】
温度センサ６は、センサアレイ２の温度を検出する温度センサＡ７と指紋センサ１の内部温度を検出する温度センサＢ８とからなる。
【００４２】
また、温度センサ６は、センサアレイ２の形成される層と同一層に形成されている。
【００４３】
そして、温度センサＡ７は、センサアレイ２の各セル列の両端に取付けられている。各セル行の両端でもよいし、セル行、セル列の両者の両端に備えてもよい。
【００４４】
また、温度センサＢ８は、センサアレイ２から所定の距離Ｌの長さの離れた場所で、かつ配線パターンのない場所に設けられた温度センサ６である。
【００４５】
温度比較部３は、温度センサＡ７と温度センサＢ８との温度を一定時間毎に監視し、その温度差を算出する。熱の伝導は、センサアレイ２、保護層などの材質等で異なるため、絶対温度ではなく、差分をとる方式を取っている。温度差が所定値より大きければ、センサ遮断部４に遮断指示を行う。
【００４６】
センサ遮断部４は、各部への電源供給を制御している。そして、温度比較部３で取得した温度差が所定の温度より大きいときには、センサアレイ２及びセンサ制御部５への電源の供給を遮断する。これは、発熱を抑えるためである。そして、外部装置へ異常を通知する。
【００４７】
センサ制御部５は、センサアレイ２を駆動することで、入力された指紋データを取得し、指紋イメージデータとして外部装置に出力する制御を行う。
【００４８】
次に指紋センサ１のショート時の動作概要を示す。
【００４９】
指紋センサ１の表面は、保護層で覆われているが、誤って突起物等により、表面から深く内部へ傷等がつく場合がある。このとき、傷の付き方により、センサアレイ２または配線層の配線パターン等でショートが発生すると、ショート部分で異常電流が発生する場合がある。
【００５０】
図２に実施例の指紋センサの処理の流れ図１を示す。
【００５１】
センサアレイ２でショート障害が発生した場合には、異常電流によりセンサアレイ２が発熱する場合がある。
【００５２】
温度比較部３は、一定時間経過か否かを監視している（Ｓ１ステップ）。
【００５３】
一定時間経過すると温度センサＡ７による温度検知を行う（Ｓ２ステップ）。
【００５４】
図３に実施例の指紋センサの説明図１を示す。
【００５５】
図３（ａ）に、指紋センサの内部実装図を示す。
【００５６】
センサアレイ２の両端に温度センサＡ７があり、離れた位置に温度センサＢ８が配置されていることを示す。
【００５７】
図３（ｂ）にセンサアレイと温度センサの説明図を示す。
【００５８】
各セル列には、列毎に温度センサＡ７が配置されている。
【００５９】
図３(ｂ)に発熱部が熱源となり放射状に熱が拡散していくことを示す。
【００６０】
この結果、センサアレイ２の温度が上昇していく。そしてセンサアレイ２の温度上昇が保護膜に伝播し、指紋センサ１の利用者に熱が伝わる。
【００６１】
温度センサＡ７は、センサアレイ２に隣接して接続されており、また、セル列の両端にセルアレイの両側から挿む形で設置されている。
【００６２】
温度センサＡ７により検知した温度は、温度比較部３に入力される。
【００６３】
また、センサアレイ２と所定の距離Ｌ、離れた位置にある複数の温度センサＢ８の温度を測定する（Ｓ３ステップ）。指紋センサ１の内部温度を示すものとして設置されている。
【００６４】
検知した温度センサＢ８の温度は、温度比較部３に入力される。
【００６５】
温度比較部３は、温度センサ６のデータを一定の時間間隔で常時測定をしている。
【００６６】
温度比較部３は、入力された温度の分布を取得する。
【００６７】
温度センサＡ７の温度は、センサアレイ２の温度分布に対応しているため、ショートが発生した場所の周辺では高い。その場所から離れた場所では、低い。
【００６８】
従って、取得された温度データの中からある時刻ｔ１の最高温度を中心に所定の範囲の温度データを選別して取得し、最低温度を含めたその他の部分の温度データは捨てる。そして、選別して取得したデータを平均化して使用する。
【００６９】
一方、センサアレイ２とは離れた場所にある複数の温度センサＢ８は、温度センサＢ８以外の熱源がないため、その素子間の温度のバラツキは小さいと考えられ、単純平均を行う。
【００７０】
そして、温度センサＡ７と温度センサＢ８の温度差を求める。
【００７１】
温度差が所定値差以上か否かを判定する（Ｓ４ステップ）。
【００７２】
所定値は、保護層への伝導を考慮して実験的に定めている。
【００７３】
所定値差以内であれば、正常と判断してＳ１ステップへ戻る。
【００７４】
所定値差以上であれば、異常と判断する。
【００７５】
判断結果として、異常の場合には、センサ遮断部４にその情報を渡す。
【００７６】
センサ遮断部４は、その情報を取得すると、センサアレイ２の駆動電源等を遮断して指紋センサ１としての動作を停止させる。そして、外部装置へ異常通知を行う（Ｓ５ステップ）。
【００７７】
配線層、センサ制御部５に異常が発生した場合も同様な処理を行う。
【００７８】
この結果、異常電流による発熱の発生に対して、利用者に火傷を生じさせる前に指紋センサ１の動作を遮断できる。
【００７９】
図４に実施例の指紋センサの構成図２を示す。
【００８０】
指紋センサ１は、センサアレイ２と温度比較部３とセンサ遮断部４とセンサ制御部５とからなる。
【００８１】
指紋センサ１の基本的構造は、シリコン等の基板層の上に配線層を積層し、その上にセンサアレイ層、その上に保護層を積層する。基板層にセンサ制御回路を搭載している。
【００８２】
センサアレイ２の上部の保護層の部分が露出しており、指紋センサ１の利用者が指を接触する部分となる。
【００８３】
図５に実施例の指紋センサの説明図２を示す。
【００８４】
センサアレイ２は、複数のセルの集合体である。そして各セルには、異常状態検知センサ１５と指紋を検出するための指紋検出センサ１４などが設けられている。
【００８５】
異常状態検知センサ１５として温度センサＣを使用した場合を説明する。
【００８６】
異常状態検知センサ１５とそれ以外の部分の電源は、別電源としている。
【００８７】
温度センサＣは、各セルの温度を測定する。指紋を検出するための指紋検出センサ１４は、指紋とセルに設けられた電極との電荷量を蓄積する。
【００８８】
温度比較部３は、温度センサＣの温度を一定時間毎に監視し、所定値と比較する。所定値より大きければ、センサ遮断部４に遮断指示を出力する。センサアレイ２の内部での温度を測定するため、絶対温度で測定している。
【００８９】
センサ遮断部４は、各部への電源供給を制御している。そしてセンサアレイ２が検出した温度が所定の温度より大きいときには、センサアレイ２の指紋を検出するための指紋検出センサ１４への駆動電源供給を遮断し、指紋検出の動作を停止させる。また、外部装置へ異常を通知する。
【００９０】
センサ制御部５は、センサアレイ２を駆動して入力された指紋データを取得し、指紋イメージデータとして外部装置に出力する制御を行う。
【００９１】
また、温度比較部３およびセンサ遮断部４とセンサ制御部５とは、別電源としている。
【００９２】
図６に実施例の指紋センサの処理の流れ図２を示す。
【００９３】
指紋センサ１のショート時の動作概要を示す。
【００９４】
センサアレイ２の温度センサ以外の部分にショート障害が発生すると、異常電流によりセンサアレイ２は発熱する場合がある。
【００９５】
温度比較部３は、一定時間経過か否かを監視している（Ｓ１１ステップ）。
【００９６】
一定時間を経過すると、温度センサＣが、温度を検知する（Ｓ１２ステップ）。
【００９７】
検知した各セルの温度は、温度比較部３に入力される。
【００９８】
温度比較部３は、入力された温度の分布を取得する。
【００９９】
温度センサＣの温度は、センサアレイ２自体の温度分布に対応しているため、ショートが発生した場所の周辺では高い。その場所から離れた場所では、低い。
【０１００】
従って、取得された温度データの中からある時刻ｔ１の最高温度を中心に所定の範囲の温度データを選別して取得し、最低温度を含めたその他の部分の温度データは捨てる。そして、選別して取得したデータを平均化して使用する。
【０１０１】
温度センサＣが所定値より大きいか否かを比較する（Ｓ１３ステップ）。
【０１０２】
所定値より小さい場合には、正常と判断して処理を終了し、Ｓ１１ステップへ戻る。
【０１０３】
所定値より大きい場合には、異常と判断する。
【０１０４】
判断結果として、異常の場合には、センサ遮断部４にその情報を渡す。
【０１０５】
センサ遮断部４は、その情報を取得すると、センサアレイ２の駆動電源等を遮断して指紋センサ１としての動作を停止させる。そして、外部装置へ異常通知を行う（Ｓ１４ステップ）。
【０１０６】
配線層、センサ制御部５に異常が発生した場合も同様な処理を行う。
【０１０７】
この結果、異常電流による発熱の発生に対して、利用者に火傷を生じさせる前に指紋センサ１の動作を遮断できる。
【０１０８】
また、異常状態検知センサ１５として、温度センサＣの変わりに、電流センサを設けることもできる。
【０１０９】
この場合は、電流センサにより、センサセルに流れる異常電流を検知し、その電流が所定値以上であれば、センサアレイ２の駆動電源などを遮断する動作を行う点は、温度センサＣ検知による動作と同様な動作を行う。
【０１１０】
また、この場合に、温度センサＣを含むセンサアレイ２と同層に温度センサＢ８を設け、図２の実施例の指紋センサの処理の流れ図１に沿って、Ｓ１〜Ｓ５ステップを実行する処理を行うこともできる。
【０１１１】
図７に実施例の指紋センサの説明図３を示す。
【０１１２】
製造プロセスにより、センサアレイ２内にヒューズを形成している例である。
【０１１３】
異常電流が流れた場合には、電源供給を遮断するように形成されている。
【０１１４】
この結果、異常電流が流れるとヒューズが切断され、センサアレイ２に電源が供給されないため、発熱が抑えられ、火傷をおこすことがなくなる。
【０１１５】
以上の実施例１を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）指紋を入力するための複数のセンサセルを有するセンサアレイを駆動して指紋をセンスする指紋センサにおいて、センサアレイの温度を測定するセンサアレイ温度測定手段と、センサアレイから所定の距離離れた位置の温度を測定する離隔位置温度測定手段と、センサアレイ温度と離隔位置温度との差を算出する温度差算出手段と、算出された温度が、所定値より大きいか否かを判断する温度差判断手段と、温度差が所定値より大きいときには、指紋センサの動作を停止させる動作停止手段と、を有することを特徴とする指紋センサ。
（付記２）センサアレイ温度測定手段は、マトリックス上に配置された複数のセンサセルの各センサセル列の両端に設けた温度センサにより測定することを特徴とする付記１記載の指紋センサ。
（付記３）センサアレイ温度測定手段は、各センサセル内に設けた温度センサにより測定することを特徴とする付記１記載の指紋センサ。
（付記４）指紋を入力するための複数のセンサセルを有するセンサアレイを駆動して指紋をセンスする指紋センサにおいて、各センサセル内に異常状態検知センサを設け、各センサセル内に設けた異常状態検知センサによりセンサアレイの所定の異常状態を測定するセル異常状態測定手段と、測定された異常状態の値が所定値より大きいときには、指紋センサの動作を停止させる動作停止手段と、を有することを特徴とする指紋センサ。
（付記５）異常状態測定センサが、温度センサであることを特徴とする付記４記載の指紋センサ。
（付記６）異常状態測定センサが、電流センサであることを特徴とする付記４記載の指紋センサ。
（付記７）指紋を入力するための複数のセンサセルを有するセンサアレイとセンサアレイを制御するセンサ制御回路とを備える指紋センサにおいて、センサアレイ、センサ制御回路に電源を供給する電源供給回路にヒューズを設け、異常電流の発生時に電源を切断することを特徴とする指紋センサ。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明は、異常電流による発熱を防止する指紋センサ技術を提供する用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】実施例の指紋センサの構成図１
【図２】実施例の指紋センサの処理の流れ図１
【図３】実施例の指紋センサの説明図１
【図４】実施例の指紋センサの構成図２
【図５】実施例の指紋センサの説明図２
【図６】実施例の指紋センサの処理の流れ図２
【図７】実施例の指紋センサの説明図３
【図８】従来例の指紋センサの説明図
【符号の説明】
【０１１８】
１        指紋センサ
２        センサアレイ
３        温度比較部
４        センサ遮断部
５        センサ制御部
６        温度センサ
７        温度センサＡ
８        温度センサＢ
１１        端子
１２        モールド
１３        ヒューズ
１４        指紋検出センサ
１５        異常状態検知センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2005261507.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005261507.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005261507.tif 000009
【図８】
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