(57)【要約】【課題】従来以上に小型であり、安定で精細な画像が得られる指紋入力装置を安価に提供する。【解決手段】指紋入力装置は、指紋入力対象者の指２０が置かれる固体撮像素子１ａと、指２０に光を照射するＬＥＤチップ１０と、固体撮像素子１ａが配置される固体撮像素子基板１と、固体撮像素子基板１及びＬＥＤチップ１０が共に配置される配線基板３とを有し、指２０の指先と固体撮像素子１ａとの位置を相対的に移動させながら、ＬＥＤチップ１０から指先に照射した光１０ａの指先内部からの散乱光２０ａを固体撮像素子１ａで受光して指２０の指紋画像を読み取る。固体撮像素子基板１上には、保護部材３０が固着される。保護部材３０は、前記相対位置の移動方向の寸法Ｗ１が少なくとも固体撮像素子基板１の移動方向の寸法Ｗ２よりも大きくなるように構成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像素子と、指に光を照射する照明手段と、前記固体撮像素子が配置される固体撮像素子基板と、前記固体撮像素子基板及び前記照明手段が共に配置される配線基板とを有し、前記指と前記固体撮像素子との位置を相対的に移動させながら、前記照明手段から該指に照射した光の指内部からの散乱光線を該固体撮像素子で受光して該指の指紋画像を読み取る指紋入力装置において、
前記固体撮像素子基板上に固着される保護部材を有し、
前記保護部材は、前記相対位置の移動方向の寸法が少なくとも前記固体撮像素子基板の該移動方向の寸法よりも大きくなるように構成されることを特徴とする指紋入力装置。
【請求項２】
前記保護部材は、前記寸法が前記固体撮像素子基板と共に前記照明手段も覆うように構成され、該保護部材を透過した光が前記指先に照射されることを特徴とする請求項１記載の指紋入力装置。
【請求項３】
前記保護部材は、少なくとも２種類の異なる光学的特性の領域を有することを特徴とする請求項１又は２記載の指紋入力装置。
【請求項４】
前記固体撮像素子基板と前記照明手段との間に配置され、少なくとも該照明手段の光を遮光する遮光層をさらに有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の指紋入力装置。
【請求項５】
前記遮光層に導電性を付与したことを特徴とする請求項４記載の指紋入力装置。
【請求項６】
前記保護部材は、所定厚さのシリコン基板で構成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の指紋入力装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の指紋入力装置を用いたことを特徴とする個人認証システム。
【請求項８】
前記指紋入力装置により読み取られた前記指の指紋画像を被検体の識別情報として予め登録する指紋登録手段と、
前記指紋入力装置により読み取られた前記指の指紋画像と前記指紋登録手段の登録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さらに備えたことを特徴とする請求項７記載の個人認証システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、指紋入力装置及びこれを用いた個人認証システムに関し、特に指、更に言えば指先と固体撮像素子との位置を相対的に移動させながら、照明手段から該指に照射した光の指、更に言えば指先内部からの散乱光線を該固体撮像素子で受光する指紋入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報技術の著しい進歩によって電子商取引等の経済活動が普及するのに伴い、情報の不正使用を防止する目的から個人認証を電子化する必要性もまた増大している。
【０００３】
個人認証電子化の手法として、従来から指紋を画像入力する方法が多く用いられているが、例えば特許文献１等に述べられる全反射プリズムを利用するものは形状が大きくなり、また、樹脂等で型どりをした偽造指紋を判別することができない等の難点があった。
【０００４】
かかる点を改善した小型でかつ信頼性の高い指紋入力装置として、特許文献２に述べられるように、二次元固体撮像素子の表面近傍に指を接触させておき、近赤外光線を照射し、指先内部からの散乱光を受光する方法が提案されている。この方法を図７に沿って説明する。
【０００５】
図７に示す指紋入力装置において、固体撮像素子基板１の表面には所定間隔ｐで二次元状に配列された固体撮像素子１ａが形成され、その上にカバーガラス１００が透明な封止材４１で接着固定されている。この固体撮像素子基板１は、配線基板３に固定され、かつ、ワイヤ２１によって配線基板３上の配線３ａと電気的に接続されている。また、照明用の赤外線又は近赤外線を発光するＬＥＤ１０チップも、配線基板３上に固定され、かつ、ワイヤ１２によって配線基板３上の配線３ａに接続され、封止樹脂１１で保護されている。このＬＥＤチップ１０から照射される光線１０ａは指２０に入射し、その内部で拡散されて、指紋２０ａからカバーガラス１００に散乱光１０ｂとなって入射する。この入射光は、カバーガラス１００を介し固体撮像素子１ａに到達し、ここで光電変換され、これにより指紋画像の電気信号が得られる。
【０００６】
カバーガラス１００は、固体撮像素子１ａに指２０などが触れて電気的、機械的にこれを破壊することから保護する目的と同時に、指紋画像以外の外乱光を除去するための光学フィルター機能を持たせることも必要である。しかし、鮮明な指紋画像を得るために、カバーガラス１００の厚さｔは極めて薄いことが求められ、これを避けるためにファイバー・オプティックス・プレート（ＦＯＰ）などの高価な材料を使わなければならなかった。
【０００７】
他方、低コスト・小型化を実現する技術として、指先と固体撮像素子との位置を相対的に移動させ、その移動する指先の連続した複数の部分画像を画像合成することよって指先全体の画像を得るスイープ型が提案されている（例えば、特許文献３、４等参照）。この技術によれば、これまで指の大きさ程度の面積が必要だった二次元配列の固体撮像素子が指の幅だけでよいため、固体撮像素子及びファイバーオプティクスプレートなどが安価となる。上記の光学方式の他にこのスイープ型では、静電容量方式、熱検知方式などの入力方式も知られている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−１１１４２号公報
【特許文献２】
特許第３１５０１２６号公報
【特許文献３】
特開２００２−２１６１１６号公報
【特許文献４】
特開２００２−１３３４０２号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来例の方法では、小型化、低価格化を実現する場合、以下の問題点がある。
【００１０】
１）光学方式の場合には、照明手段と固体撮像素子とが、小型化により近接するために、その不要光が固体撮像素子に入射してしまい安定且つ鮮明な指紋画像が得られない。
【００１１】
２）指先を移動させるため、指と接触する読取面の角部で、指を傷つけてしまうおそれがある。
【００１２】
３）また頻繁な指先や異物での押圧で、読取面や照明手段などを傷つけたり、最悪破損してしまうおそれがある。
【００１３】
４）ワイヤボンディングなどの、電気的接続部の保護のための封止材などが、読取面に付着したり、所望の位置から流れ出さないように、製造上十分な注意が必要であるため、組み立て性が悪く、低価格化の妨げになっている。
【００１４】
５）平坦部分が少ないため、指先の移動が不規則な速度となるスティッキングが発生しやすく、安定な画像を得られない。
【００１５】
上記問題点１）〜５）に関して、従来の方法では、十分な対策がとられていなかった。また前述した特許公報１〜４においても、そのような具体的な、対策についての説明は、まったく記載されていないか、十分とは言えないものであった。
【００１６】
本発明は、かかる問題点を鑑みてなされたもので、従来以上に小型であり、安定で精細な画像が得られる指紋入力装置を安価に提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、固体撮像素子と、前記指に光を照射する照明手段と、前記固体撮像素子が配置される固体撮像素子基板と、前記固体撮像素子基板及び前記照明手段が共に配置される配線基板とを有し、前記指と前記固体撮像素子との位置を相対的に移動させながら、前記照明手段から該指に照射した光の指内部からの散乱光線を該固体撮像素子で受光して該指の指紋画像を読み取る指紋入力装置において、前記固体撮像素子基板上に固着される保護部材を有し、前記保護部材は、前記相対位置の移動方向の寸法が少なくとも前記固体撮像素子基板の該移動方向の寸法よりも大きくなるように構成されることを特徴とする。
【００１８】
前記保護部材は、前記寸法が前記固体撮像素子基板と共に前記照明手段も覆うように構成され、該保護部材を透過した光が前記指先に照射されてもよい。
【００１９】
前記保護部材は、少なくとも２種類の異なる光学的特性の領域を有してもよい。
【００２０】
本発明は、前記固体撮像素子基板と前記照明手段との間に配置され、少なくとも該照明手段の光を遮光する遮光層をさらに有してもよい。この遮光層に導電性を付与してもよい。
【００２１】
前記保護部材は、所定厚さのシリコン基板で構成されてもよい。シリコン基板の厚さは、３０μｍ以上２００μｍ以下が好ましい。
【００２２】
本発明にかかる個人認証システムは、上記いずれかの指紋入力装置を用いたことを特徴とする。この個人認証システムは、前記指紋入力装置により読み取られた前記指の指紋画像を前記被検体の識別情報として予め登録する指紋登録手段と、前記指紋入力装置により読み取られた前記指の指紋画像と前記指紋登録手段の登録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さらに備えることが好ましい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる指紋入力装置の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２４】
（第一の実施形態）
図１は、本実施形態による指紋入力装置の断面図であり、図２は、その斜視図を示す。
【００２５】
図１に示す指紋入力装置において、配線基板３上に、矩形状（長方形状）の固体撮像素子基板１及びＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）チップ１０が共に配置されている。固体撮像素子基板１には、ライン状の固体撮像素子１ａが複数個搭載される。ＬＥＤチップ１０は、赤外光及び／又は近赤外光を発光する照明手段であるＬＥＤを有する。
【００２６】
固体撮像素子基板１は、図２に示すように、その長手方向の端部に配置された電極部がワイヤー２１によって配線基板３上の配線３ａに電気的に接続されている。同様に、ＬＥＤチップ１０も、図１に示すように、ワイヤー１２によって配線基板３上の配線部３ａと電気的に接続されている。
【００２７】
固体撮像素子基板１には、指紋入力対象者の指２０が接触する読み取り面上に矩形状の保護部材３０が配置されている。この保護部材３０は、図１に示すように、指移動方向（長手方向に直交する幅方向）の寸法（幅寸法）Ｗ１が、固体撮像素子基板１の寸法Ｗ２よりも大きくなるように設定されている（Ｗ１＞Ｗ２）。とくに、本実施形態では、図１に示すように、保護部材３０の寸法Ｗ１は、固体撮像素子基板１の寸法Ｗ２よりも大きく（Ｗ１＞Ｗ２）、かつ、配線基板３上に固体撮像素子基板１と共に配置されるＬＥＤチップ１０をも同時に覆うように構成される。従って、保護部材３０の寸法Ｗ１は、固体撮像素子基板１の寸法Ｗ２、固体撮像素子基板１とＬＥＤチップ１０との指移動方向の距離の大きさとＬＥＤチップ１０の指移動方向の寸法とを加えた値以上に設定される。
【００２８】
この保護部材３０の材料としては、ガラス、ポリカーボネイト・ナイロン・アクリルなどの透明プラスチックシート、ファイバー・オプティカル・プレート（ＦＯＰ）などが使用可能である。これらを赤外／近赤外を透過する接着剤にて固体撮像素子基板１の固体撮像素子１ａ上に接着する。
【００２９】
この保護部材３０は、さらなる低価格と精細な画像を読み取るためには、１）隣合う固体撮像素子への光の漏れ込み（クロストーク）を考えた場合、入射から出射間での光の広がりを抑えるため屈折率が大きいこと、２）鮮明な画像を得るために照明光以外の不要光が入らないこと、３）保護部材としての耐擦傷性や耐候性があること、４）低価格であること、５）加工性が容易であること、６）そり・変形を考えた場合、固体撮像素子基板と線膨張係数が近いことの各項目を充足する必要がある。これらを充足するものとして、シリコン基板が特に好適である。シリコン基板は、バックグラインドもしくはバックラッピングによって、所望の厚みに加工可能である。また、赤外・近赤外光を透過し、可視光はカットするため、外光などの不要光をカットできる。屈折率も３．４程度であるため、ガラスと比較して、１．５〜２倍の厚みでも、同等の解像力を得ることができる。シリコン基板を保護部材３０として使用する場合には、３０μｍ〜２００μｍの厚みのものが使用可能である。特に７０〜１５０μｍの厚みが好適である。
【００３０】
上記構成によって、ＬＥＤチップ１０から出射された光１０ａは、保護部材３０を透過して指２０への入射する。指２０内部を拡散した光は散乱光１０ｂとして、再び保護部材３０を透過して、固体撮像素子１ａで電気信号に変換される。
【００３１】
従って、本実施形態によれば、保護部材３０を、少なくとも指移動方向で、固体撮像素子基板１よりも大きくして配置したため、以下の効果が得られる。
【００３２】
１）固体撮像素子基板１そのものを小さくできる一方で、保護部材３０で実質的に連続面を構成できるので、指の移動がスムーズになり、ステッキングなどによる画像不良が低減される。また段差がないため、指が密着しやすくなり、良好な画像が得られる。
【００３３】
２）保護部材３０を、固体撮像素子基板１に貼り付ける際に、接着樹脂（封止樹脂）１１を固体撮像素子基板１側に塗布してから保護部材３０を貼り付ければ、しみ出した接着樹脂１１が保護部材３０の上面に回り込むことなく接着できるため、製造上の組み立て性が向上する。接着樹脂１１が不足した部分には、周囲から補ってやることも可能である。この場合は、接着樹脂１１は、封止樹脂としての機能を有する。
【００３４】
３）固体撮像素子基板１のエッジ部を覆うため、このエッジ部での指の傷つきを防止できる。保護部材３０のエッジ部は、読取位置から離れているため、本体に組み込む際に隠すことをしても、読取画像や、指の移動に支障がない。
【００３５】
上記１）〜３）により、従来以上に小型であり、安定で精細な画像が得られる指紋入力装置を安価に提供することができる。
【００３６】
（第二の実施形態）
図３は、本実施形態による指紋入力装置の断面図を示す。
【００３７】
図３に示す指紋入力装置は、上記第一の実施形態（図１及び図２参照）と同様の全体構成を有するが、さらにＬＥＤチップ１０と固体撮像素子基板１との間に遮光層４０を設けている点が相違する。具体的な方法としては、保護部材３０側から、ダイサーまたはスライサーによって溝を形成する方法、あるいは、その溝にさらに遮光性の樹脂を充填するなどの方法が挙げられる。
【００３８】
本実施形態によれば、上記第一の実施形態での効果に加え、さらに次のような効果が得られる。
【００３９】
１）ＬＥＤチップ１０からの不要光を、この遮光層４０でカットできるので、より安定した鮮明な画像を得ることができる。
【００４０】
２）また遮光層４０に充填する樹脂に、カーボン・銀ペーストなどの導電材料を混入したりして、導電手段を付加し配線基板３を通じてグランドに設置することにより、指からの静電気を逃がして、固体撮像素子１ａやＬＥＤチップ１０を静電破壊から守ることができる。
【００４１】
（第三の実施形態）
図４は、本実施形態による指紋入力装置の断面図を示す。
【００４２】
図４に示す指紋入力装置は、上記第一の実施形態（図１及び図２参照）と同様の全体構成を有するが、さらに保護部材３０を二つの光学的に異なる領域、すなわち第１領域３０ａ及び第２領域３０ｂに分けている点が相違する。
【００４３】
図４の例では、第１領域３０ａは、例えばファイバー・オプティカル・プレート（ＦＯＰ）で構成され、保護部材３０の固体撮像素子基板１を臨む中央部に配置される。また、第２領域３０ｂは、例えばガラスで構成され、保護部材３０の第１領域３０ａを挟む両端部にそれぞれ配置される。
【００４４】
この構成により、従来、スイープ型として小さくなってもまだ高価であるファイバー・オプティカル・プレートを必要最小限に構成することができるため、前記第一、第二の実施形態に加えて、以下の効果が得られる。
【００４５】
１）保護部材３０が安価な構成にできる。
【００４６】
２）ＬＥＤチップ１０からの入射光１０ａが、保護部材３０を通っても、透過率が高い材料で１０ａを選択すれば、その光量の低下がわずかなため、低消費電力やＳ／Ｎの確保が可能となる。
【００４７】
（第四の実施形態）
次に、上記の指紋入力装置を用いた個人認証システムの実施形態を図５及び図６を参照して説明する。
【００４８】
図５に示す個人認証システムは、前述の固体撮像素子１ａから構成される撮像部１０１、その周辺回路部１０２、前述のＬＥＤチップ１０に搭載されるＬＥＤ１０３を有する指紋入力装置１００と、この指紋入力装置１００に接続される指紋照合装置１１０とを備える。
【００４９】
周辺回路部１０２は、前述の固体撮像素子基板１上等に形成され、図６に示すように、固体撮像素子１０１の動作を制御する制御回路（駆動回路）１０２１と、撮像部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記回路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とを含む。周辺回路部１０２を含む回路は、上記に限らず、別種の回路を含めてもよい。他方、上記の回路の一部を不図示の別チップとしてもよい。
【００５０】
指紋照合装置１１０は、周辺回路部１０２の通信制御部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とを備える。出力インターフェース１１４は、使用やログイン等に際し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。
【００５１】
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、一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入力装置１００から入力インターフェース１１１を介し入力される。
【００５２】
画像処理部１１２は、指紋入力装置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に照合し、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を介し出力する。
【００５３】
なお、この例では、指紋入力装置１００と指紋照合装置１１０を別デバイスで構成しているが、本発明はこれに限らず、必要に応じ指紋照合装置１１０の少なくとも一部の機能を指紋入力装置１００の周辺回路部１０２内に一体に構成してもよい。また、この例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。
【００５４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、従来以上に小型であり、安定で精細な画像が得られる指紋入力装置を安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態による指紋入力装置を示す断面図である。
【図２】本発明の第一の実施形態による指紋入力装置を示す斜視図である。
【図３】本発明の第二の実施形態による指紋入力装置を示す断面図である。
【図４】本発明の第三の実施形態による指紋入力装置を示す断面図である。
【図５】本発明の第四の実施形態による指紋入力装置を用いた個人認証システムの構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第四の実施形態による指紋入力装置の周辺回路部の構成を示すブロック図である。
【図７】従来例の指紋入力装置の断面図である。
【符号の説明】
１  固体撮像素子基板
１ａ  固体撮像素子
３  配線基板
３ａ  配線
４  封止樹脂
１０  ＬＥＤチップ
１０ａ  入射光
１０ｂ  拡散光
１１  接着樹脂
１２  ワイヤ
２０  指
２０ａ  指紋
２１  ワイヤ
２２  封止樹脂
２３  樹脂
３０  保護部材
３０ａ  領域Ａ
３０ｂ  領域Ｂ
４０  遮光層
４１  封止樹脂
１００  カバーガラス
【図１】
2005018595.tif 000003
【図２】
2005018595.tif 000004
【図３】
2005018595.tif 000005
【図４】
2005018595.tif 000006
【図５】
2005018595.tif 000007
【図６】
2005018595.tif 000008
【図７】
2005018595.tif 000009