(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の温度センサ、各温度センサに通電する配線並びに被検者が指を載置する検出面をなす絶縁膜を基板上に順次積層して形成し、前記検出面に指が載置された際に指紋の谷部と山部の伝熱特性の差に基づいて指紋画像を検出する指紋センサにおいて、
前記基板上に複数の温度センサ、配線および絶縁膜を積層する際に生ずる前記温度センサ上の凹部に配設した熱伝導可能な突起部
を備えたことを特徴とする指紋センサ。
【請求項２】
前記突起部を介して指に熱伝導した後の温度に応じて前記温度センサに流れる電流値に基づいて指紋画像を検出する指紋画像検出手段をさらに備えた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】
前記複数の温度センサは、前記配線を通じた通電により発熱して前記検出面を加熱するとともに、所定時間経過後の温度に応じた電流を前記配線を通じて出力することを特徴とする請求項１または２に記載の指紋センサ。
【請求項４】
前記基板と前記複数の温度センサとの間に配設した前記検出面を加熱する加熱手段をさらに備え、各温度センサは、前記加熱手段による加熱後の温度に応じた電流を前記配線を通じて出力することを特徴とする請求項１または２に記載の指紋センサ。
【請求項５】
前記複数の温度センサと前記絶縁膜との間に配設した前記検出面を加熱する加熱手段をさらに備え、各温度センサは、前記加熱手段による加熱後の温度に応じた電流を前記配線を通じて出力することを特徴とする請求項１または２に記載の指紋センサ。
【請求項６】
複数の温度センサ、各温度センサに通電する配線並びに被検者が指を載置する検出面をなす絶縁膜を基板上に順次積層して形成し、前記検出面に指が載置された際に指紋の谷部と山部の伝熱特性の差に基づいて指紋画像を検出する指紋センサにより検出した入力指紋画像をあらかじめ登録した参照指紋画像と比較して指紋照合をおこなう指紋照合装置において、
前記基板上に複数の温度センサ、配線および絶縁膜を積層する際に生ずる前記温度センサ上の凹部に配設した熱伝導可能な突起部と、
前記突起部を介して指に熱伝導した後の温度に応じて前記温度センサに流れる電流値に基づいて指紋画像を検出する指紋画像検出手段と、
前記指紋画像検出手段により検出された入力指紋画像を前記参照指紋画像と照合する指紋照合手段と
を備えたことを特徴とする指紋照合装置。
【請求項７】
複数の温度センサ、各温度センサに通電する配線並びに被検者が指を載置する検出面をなす絶縁膜を基板上に順次積層した指紋センサを製造する指紋センサの製造方法であって、
前記基板上に前記複数の温度センサ並びに該温度センサに通電する配線をそれぞれ層形成する第１の層形成工程と、
前記第１の層形成工程により形成された層上に被検者が指を載置する検出面をなす絶縁膜を層形成する第２の層形成工程と、
前記第２の層形成工程により形成された絶縁膜層上に熱伝導可能な突起部を層形成する第３の層形成工程と
を含んだことを特徴とする指紋センサの製造方法。
【請求項８】
複数の温度センサ、配線並びに絶縁膜を基板上に順次積層した指紋センサを製造する指紋センサの製造方法であって、
前記基板上に前記複数の温度センサ並びに該温度センサに通電する配線をそれぞれ層形成する第１の層形成工程と、
前記第１の層形成工程により形成された層上に熱伝導可能な突起部を層形成する第２の層形成工程と、
前記第２の層形成工程により形成された層上に被検者が指を載置する検出面をなす絶縁膜を層形成する第３の層形成工程と
を含んだことを特徴とする指紋センサの製造方法。
【請求項９】
複数の温度センサ、配線並びに絶縁膜を基板上に順次積層した指紋センサを製造する指紋センサの製造方法であって、
前記基板上に熱伝導可能な突起部を層形成する第１の層形成工程と、
前記第１の層形成工程により形成された層上に複数の温度センサ並びに該温度センサに通電する配線をそれぞれ層形成する第２の層形成工程と、
前記第２の層形成工程により形成された層上に被検者が指を載置する検出面をなす絶縁膜を層形成する第３の層形成工程と
を含んだことを特徴とする指紋センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、指紋の谷部と山部の伝熱特性の差に基づいて指紋を検出する指紋センサ、指紋照合装置および指紋センサの製造方法に関し、特に、指紋の山部と谷部の伝熱特性を利用して指紋を精度良く検出することができる指紋センサ、指紋照合装置および指紋センサの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、指紋を用いて個人の認証をおこなう際には、光学的に入力指紋画像を取得して、これをあらかじめ登録した参照指紋画像と照合するのが一般的であったが、かかる光学的技術には、塵埃や汚れに脆弱であり、かつ、小型化するのが難しいという欠点がある。
【０００３】
このため、最近では、指紋の谷部と山部の伝熱特性の差に基づいて指紋画像を検出する技術が注目されている。たとえば、特表平１１−５０３３４７号公報には、検出部材を熱源で加熱して温度を測定し、各検出部材の温度または温度変化を供給熱量と比較して、該検出部材から熱伝導面への熱損失を測定し、測定した熱損失の変化状態に基づいて画像を形成する指紋検出器が開示されている。
【０００４】
この従来技術では、指紋の山部は皮膚が検出面と接触しているために皮膚への熱損失が大きく、指紋の谷部は検出面と皮膚の間に断熱体をなす空気が介在するために熱損失が小さいという特性を利用して、指紋の山部と谷部を画像として再構成している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来技術によれば、コントラストが低くなりがちであり、また測定ごとのばらつきも小さくはないので、十分な検出精度が得られないという問題がある。
【０００６】
具体的には、この従来技術を用いた場合に得られる画像のコントラストは、シミュレーションなどで予測される値よりも低くなりがちであり、照合精度も低下しがちとなる。その主な原因は、検出面に存在する微細な凹凸にあり、指紋センサの凹部分（窪み部分）には皮膚が直接触れないため、指紋画像のコントラストの低下および照合精度の低下を招くことになる。これらのことから、検出精度の高い指紋センサをいかに実現するかが重要な課題となっている。
【０００７】
この発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、指紋の山部と谷部の伝熱特性を利用して指紋を精度良く検出することができる指紋センサ、指紋照合装置および指紋センサの製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、請求項１に係る指紋センサは、複数の温度センサ、各温度センサに通電する配線並びに被検者が指を載置する検出面をなす絶縁膜を基板上に順次積層して形成し、前記検出面に指が載置された際に指紋の谷部と山部の伝熱特性の差に基づいて指紋画像を検出する指紋センサにおいて、前記基板上に複数の温度センサ、配線および絶縁膜を積層する際に生ずる前記温度センサ上の凹部に配設した熱伝導可能な突起部を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に係る指紋センサは、請求項１の発明において、前記突起部を介して指に熱伝導した後の温度に応じて前記温度センサに流れる電流値に基づいて指紋画像を検出する指紋画像検出手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に係る指紋センサは、請求項１または２の発明において、前記複数の温度センサは、前記配線を通じた通電により発熱して前記検出面を加熱するとともに、所定時間経過後の温度に応じた電流を前記配線を通じて出力することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に係る指紋センサは、請求項１または２の発明において、前記基板と前記複数の温度センサとの間に配設した前記検出面を加熱する加熱手段をさらに備え、各温度センサは、前記加熱手段による加熱後の温度に応じた電流を前記配線を通じて出力することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５に係る指紋照合装置は、請求項１または２の発明において、前記複数の温度センサと前記絶縁膜との間に配設した前記検出面を加熱する加熱手段をさらに備え、各温度センサは、前記加熱手段による加熱後の温度に応じた電流を前記配線を通じて出力することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６に係る指紋照合装置は、複数の温度センサ、各温度センサに通電する配線並びに被検者が指を載置する検出面をなす絶縁膜を基板上に順次積層して形成し、前記検出面に指が載置された際に指紋の谷部と山部の伝熱特性の差に基づいて指紋画像を検出する指紋センサにより検出した入力指紋画像をあらかじめ登録した参照指紋画像と比較して指紋照合をおこなう指紋照合装置において、前記基板上に複数の温度センサ、配線および絶縁膜を積層する際に生ずる前記温度センサ上の凹部に配設した熱伝導可能な突起部と、前記突起部を介して指に熱伝導した後の温度に応じて前記温度センサに流れる電流値に基づいて指紋画像を検出する指紋画像検出手段と、前記指紋画像検出手段により検出された入力指紋画像を前記参照指紋画像と照合する指紋照合手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項７に係る指紋センサの製造方法は、複数の温度センサ、各温度センサに通電する配線並びに被検者が指を載置する検出面をなす絶縁膜を基板上に順次積層した指紋センサを製造する指紋センサの製造方法であって、前記基板上に前記複数の温度センサ並びに該温度センサに通電する配線をそれぞれ層形成する第１の層形成工程と、前記第１の層形成工程により形成された層上に被検者が指を載置する検出面をなす絶縁膜を層形成する第２の層形成工程と、前記第２の層形成工程により形成された絶縁膜層上に熱伝導可能な突起部を層形成する第３の層形成工程とを含んだことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項８に係る指紋センサの製造方法は、複数の温度センサ、配線並びに絶縁膜を基板上に順次積層した指紋センサを製造する指紋センサの製造方法であって、前記基板上に前記複数の温度センサ並びに該温度センサに通電する配線をそれぞれ層形成する第１の層形成工程と、前記第１の層形成工程により形成された層上に熱伝導可能な突起部を層形成する第２の層形成工程と、前記第２の層形成工程により形成された層上に被検者が指を載置する検出面をなす絶縁膜を層形成する第３の層形成工程とを含んだことを特徴とする。
【００１６】
また、請求項９に係る指紋センサの製造方法は、複数の温度センサ、配線並びに絶縁膜を基板上に順次積層した指紋センサを製造する指紋センサの製造方法であって、前記基板上に熱伝導可能な突起部を層形成する第１の層形成工程と、前記第１の層形成工程により形成された層上に複数の温度センサ並びに該温度センサに通電する配線をそれぞれ層形成する第２の層形成工程と、前記第２の層形成工程により形成された層上に被検者が指を載置する検出面をなす絶縁膜を層形成する第３の層形成工程と、を含んだことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る指紋センサ、指紋照合装置および指紋センサの製造方法の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。なお、実施の形態１では、指紋センサ自体について説明し、実施の形態２では、この指紋センサを有する指紋照合装置について説明することとする。
【００１８】
（実施の形態１）
この実施の形態１では、本発明に係る指紋センサについて説明する。図１は、本実施の形態１に係る指紋センサ１の外観構成を示す図である。なお、本実施の形態１では、同一の抵抗素子でヒーターと温度センサを兼用する１層式の指紋センサを用いる場合を示すこととする。なお、ヒーター層と温度センサ層を別層とする２層式の指紋センサの説明については後述する。
【００１９】
同図に示すように、この指紋センサ１は、指紋画像を検出する指紋検出部１０と、信号処理をおこなう信号処理部２０とからなる。ここで、この指紋センサ１は、熱伝導方式によって指紋画像を取得する指紋センサであり、指紋検出部１０の検出面の下部にマトリックス状に複数のヒーターと温度センサとを作り込み、ラインごとに順次加熱して、その直後温度上昇を複数の温度センサで検出して指紋画像を得るようにしたものである。
【００２０】
特に、この指紋センサ１では、検出面１１に存在する微細な凹凸の凹部分（窪み部分）が皮膚に接触しないという従来の問題を解決し、指紋の検出精度を上げることができるようにしている。その詳細は後述するが、指紋センサ上に存在する検出面１１の凹部分（窪み部分）に突起部を設け、皮膚が検出面１１に接触するようにしている。
【００２１】
次に、図１に示した指紋センサ１の構造についてさらに具体的に説明する。図２は、図１に示した指紋検出部１０の断面構造を示す図である。なお、ここでは説明の便宜上、ヒーターが温度センサを兼ねる１層センサを用いた場合を示すこととする。
【００２２】
図２に示すように、薄膜のパターニングプロセスを用いてパターンを形成する場合には、基板１００上に抵抗素子１１１を配設し、この抵抗素子１１１と接するように配線１１２を設け、その上部を絶縁膜１１３で覆うことになる。ここでは説明の便宜上、図２に示す基板１００上に３つの抵抗素子１１１のみを設けた場合を示したが、実際にはこの基板１００上にたとえば２５６×２５６個（合計６５５３６個）の抵抗素子１１１をマトリクス状に形成することになる。すなわち、かかる場合には、抵抗素子１１１用の１層と、２次元アレイから配線１１２を引き出すために必要となる配線１１２用の２層と、絶縁膜１１３（配線と配線の絶縁膜、表面保護膜）２層が必要となるので、最低でも５層の膜がパターン形成される。
【００２３】
このように、パターン形成される膜が多層化すると、検出面１１表面の凹凸が複雑化し、膜の構成にもよるが抵抗素子１１１の上部に凹部が生じる場合が多いので、指への熱伝導性が低下し、結果的に指紋の検出精度が低下する。このため、本実施の形態に係る指紋センサ１では、この抵抗素子１１１の上部の凹部に突起部１１４を設け、検出面１１表面の凹凸に起因する熱伝導性の低下を防止し、もって指紋の検出精度を向上させている。
【００２４】
同図に示す基板１００は、石英、ガラス、ポリイミド、アルミナ、表面を絶縁化したＳｉなどが用いられる。ただし、これに限定されるものではなくその他の絶縁性材料を用いることもできる。
【００２５】
抵抗素子１１１は、検出面１１を加熱するヒーターと、温度を検出する温度センサとしての役割を果たしているので、この抵抗素子１１１には、発熱素子としての特性と抵抗変化型の温度センサとしての特性が求められる。かかる抵抗素子１１１の材料としては、たとえばポリシリコン、アモルファスシリコンまたはＩＴＯなどの抵抗体材料がある。
【００２６】
そして、かかる温度の検出は、この抵抗素子１１１に所定の電圧を印加しその時流れる電流の大きさを検出することによっておこなう（抵抗変化型温度検出素子）。なお、ここでは温度を検出する役割のみを果たす温度検出素子は設けていないので、指紋検出部１０の内部構造が単純化され、検出面１１の表面状態（凹凸）を所望の状態とすることが容易となる。
【００２７】
また、ここでは指紋のピッチが数百μｍ程度であることを考慮して抵抗素子１１１の配列ピッチを５０〜１００μｍ程度にするとともに、抵抗素子１１１の厚さを０．１〜１μｍ程度にしている。
【００２８】
配線１１２は、抵抗素子１１１に通電するための配線であり、抵抗素子１１１は、この配線１１２を通じて信号処理部２０と接続されている。ここで、抵抗素子１１１との接触を確実にするため、この配線１１２は抵抗素子１１１の左右両端付近において抵抗素子１１１と重なるように形成されている。このような内部構造（抵抗素子１１１、配線１１２の具体的形状、積層の仕方）が検出面１１の表面形状を決定づけている。
【００２９】
絶縁膜１１３は、検出面１１を形成する層であり、抵抗素子１１１および配線１１２などを保護する。この絶縁膜１１３は、その特性上できるだけ薄くすることが求められるが、ここでは絶縁膜１１３自体の厚さを０．５〜２μｍ程度としている。
【００３０】
このように、絶縁膜１１３を薄くしている関係上、この絶縁膜１１３の表面形状は、抵抗素子１１１、配線１１２などの配置（あるいは積層構造）に応じた凹凸が生じている。具体的には、抵抗素子１１１と配線１１２とが重なっている部分が盛り上がった状態となっており、抵抗素子１１１の上部の中央付近は窪んだ状態となっている。この実施の形態では、この窪みは深さが１μｍ程度である。
【００３１】
なお、絶縁膜１１３の材料としては、たとえば、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン、Ｔａ2Ｏ5、Ａｌ2Ｏ3などの絶縁性材料があげられる。
【００３２】
突起部１１４は、抵抗素子１１１の上部に生ずる絶縁膜１１３表面の窪みに設けられるものであり、この突起部１１４により、皮膚が検出面１１に接触しやすくなる。
【００３３】
すなわち、従来の指紋センサでは、この突起部１１４が設けられていなかったために、たとえ指紋の凸部が抵抗素子１１１の上部に位置する場合であっても、指紋の凸部が検出面１１に接触せず、結果的に指紋の検出精度が低下する原因となっていた。そこで、本実施の形態では、この突起部１１４を設けることにより、絶縁膜１１３表面に生ずる窪みの影響を除去している。
【００３４】
このため、検出面１１に指を載せて指紋を検出すると、指紋の凸部が抵抗素子１１１の上部に位置する場合に、皮膚をこの突起部１１４に確実に接触させることができ、検出面１１から指（特に山部）への熱伝導が良好になる。
【００３５】
なお、固体の材料は、一般に空気に較べれば熱伝導性が高い。したがって、突起部１１４の材質がどのようなものであっても、熱伝導性の向上という効果は期待できる。突起部１１４の材質としては、たとえば、金属、ＳｉＮを用いることができ、一般的には熱の不良動体といわれている材料（たとえば、ＳｉＯ2）を用いることもできる。絶縁膜１１３との接合強度や加工の容易さなどを考慮して選定すればよい。
【００３６】
実際の指紋検出部１０は、周知の薄膜プロセスを用いて以下のようにして製造可能である。すなわち、基板１００のうえに、抵抗素子１１１、配線１１２、さらには絶縁膜１１３を積層形成する。さらに、突起部１１４を同様に形成する。なお、基板１００上に突起部１１４、抵抗素子１１１および配線１１２、絶縁膜１１３の順に積層形成することもできる。
【００３７】
次に、図１に示した信号処理部２０内に設けられる検知回路の回路構成について説明する。図３は、図１に示した信号処理部２０内に設けられる検知回路の回路構成の一例を示す図である。
【００３８】
同図に示す検知回路１２は、指紋検出部１０内に設けられた温度センサの役割を果たす各抵抗素子１１１から温度に係るデータを受け取って温度を検知する回路である。具体的には、各抵抗素子１１１をつなぐ水平方向（行）にのびた２５６本の配線１１２と、垂直方向（列）にのびた２５６本の配線１１２を介して温度に係るデータを受け取る。なお、図中に示すＩＶアンプおよび作動アンプなどの回路は、温度信号を変換、増幅、ラッチする回路部分である。
【００３９】
加熱および温度検出は、信号処理部２０によっていずれかの行を選択し、この選択した行の抵抗素子１１１に所定の定電圧を印加することでおこなう。また、この選択する行を順次切り替え走査してゆくことで、すべての抵抗素子１１１について同様の加熱、温度検出をおこなうことができる。
【００４０】
なお、加熱、温度検出を１行ずつおこなっているのは、温度信号をラッチする検出回路１２を各列ごとにしか設けていないからである。このラッチする回路部を各行各列ごとに設ければ、すべての抵抗素子１１１について一斉に加熱し、温度検出することができる。
【００４１】
信号処理部２０は、上記検出回路１２以外に指紋のパターンを検出して指紋画像を生成する処理部を有するが、説明の都合上、この信号処理部２０の詳細については、実施の形態２において説明する。
【００４２】
次に、図２に示した突起部１１４を設けた指紋センサ１を用いた指紋の検出概念について説明する。図４は、図２に示した突起部１１４を設けた指紋センサ１を用いた指紋の検出概念を説明するための説明図である。
【００４３】
被認証者が検出面１１に指を載置して所定の検出開始操作をおこなうと、信号処理部２０は、配線１１２を通じて抵抗素子１１１のそれぞれに所定の電圧を印加して該抵抗素子１１１をそれぞれ発熱させる。これにより、検出面１１には指紋の形状（パターン）に対応した温度分布が生じる。
【００４４】
ここで、指紋の谷部では、皮膚と検出面１１との間に断熱体である空気が介在しており、両者が直接接触することはないので、抵抗素子１１１によって発生された熱が検出面１１から皮膚へと熱が逃げにくく、この抵抗素子１１１周辺の温度が高くなる。
【００４５】
これに対して、指紋の山部では、皮膚が検出面１１と直接的に接触するため、検出面１１から皮膚へと熱が逃げやすいので、抵抗素子１１１周辺の温度が低下する。特に、本実施の形態では、図４（ａ）に示すように検出面１１に突起部１１４を設けているので、皮膚との接触が確実なものとなり、検出面１１から指への熱伝導が良好になる。なお、図４（ｂ）に示すように検出面１１に窪み部分が存在すると、抵抗素子１１１の上部に指紋の山部が所在したとしても皮膚が検出面１１に直接接触しないので、熱が指へと逃げにくく、鮮明な指紋画像が得られない結果となる。
【００４６】
このようにして、検出面１１に温度分布を生じさせたならば、引き続きこの温度分布を計測する。具体的には、信号処理部２０は配線１１２を通じて各抵抗素子１１１に所定の電圧を印加し、その時流れる電流値を計測することによって温度を検出する。さらに、このようにして得た温度分布に基づいて指紋画像を生成する。
【００４７】
次に、上記指紋センサ１を用いた場合のシミュレーション結果の一例について説明する。図５は、シミュレーションの前提を説明するための説明図である。また、図６は、突起部１１４を設けた検出面１１に指を載置した場合における温度上昇のシミュレーション結果の一例を示す図であり、図７は、突起部１１４を設けない検出面１１に指を載置した場合における温度上昇のシミュレーション結果の一例を示す図である。さらに、図８は、指紋の谷部と山部の検出原理を説明するための説明図である。
【００４８】
図５に示すように、このシュミレーションは、抵抗素子１１１上の窪みにより指と指紋センサ１の間に隙間が生じる場合と（同図（ｂ））、突起部１１４によりかかる隙間が生じない場合（同図（ａ））についておこなっている。
【００４９】
具体的には、図５（ａ）に示すように、ここでは１００μｍの石英からなる基板上に、０．２μｍのＳｉからなる抵抗素子１１１を置き、その上部に１．８μｍのＳｉＯからなる絶縁膜１１３および突起部１１４を被せて指紋センサ１を形成する。すなわち、この指紋センサ１は、ＳｉＯからなる突起部１１４を設けているので、指の表皮が指紋センサ１の表面に接触している。
【００５０】
これに対して、図５（ｂ）の場合には、ＳｉＯからなる突起部１１４を設けていないので、指の表皮と指紋センサ１の表面との間に空気の隙間（１．０μｍ）が生じている。
【００５１】
なお、このシミュレーションの初期条件として、検出位置での窪みの深さを１μｍとし、初期温度を０℃としている。また、基板１００の厚さを１００μｍとし、熱伝導率を１．４Ｗ／（ｍＫ）とし、比熱を０．７０Ｊ／（ｇＫ）とし、比重を２．２２としている。また、抵抗素子１１１の厚さを０．２μｍとし、熱伝導率を１６８Ｗ／（ｍＫ）とし、比熱を０．６８Ｊ／（ｇＫ）とし、比重を２．３４としている。さらに、絶縁膜１１３と突起部１１４の厚さを１．８μｍとし、熱伝導率を１．４Ｗ／（ｍＫ）とし、比熱を０．７０Ｊ／（ｇＫ）とし、比重を２．２２としている。また、指の表皮の厚さを１００μｍとし、熱伝導率を０．３７７Ｗ／（ｍＫ）とし、比熱を３．３９Ｊ／（ｇＫ）とし、比重を１．２としている。なお、突起部１１４を設けていない場合における山部と検出面との間の空気層の厚さを１．０μｍとし、突起部１１４を設けた場合は、山部と検出面とが直接接触し、両者間には空気層は存在しないものとしている。谷部と検出面との間の空気層の厚さは１００μｍとなる。
【００５２】
図６に示すように、突起部１１４を設けた場合には、指紋の山部での温度上昇は、谷部の温度上昇に比べてかなり緩やかになっており、指紋の谷部と山部の温度差が大きいため、山部と谷部とを容易かつ確実に判別することができる。これに対して、かかる突起部１１４を設けない場合には、図７に示すように、指紋の山部においても谷部と同様に温度が上昇するため、山部と谷部を判別することが困難になる。
【００５３】
このように、突起部１１４を設けた場合には、指紋の谷部と山部の温度上昇特性が異なるため、この温度上昇特性の違いを利用して指紋の山部と谷部を検出することになる。
【００５４】
具体的には、図８（ａ）に示す電圧パルスを抵抗素子１１１に印加すると、同図（ｂ）に示すように抵抗素子１１１における温度が上昇し、同図（ｃ）に示すような電流を検出する。すなわち、指紋の山部では熱が指の表皮に逃げるので温度が上昇しにくく、時間の経過とともにその傾向が顕著なものとなるので、印加開始時の検出電流と印加終了時の検出電流の差を各抵抗素子１１１ごとに測定すると、精度の良い指紋画像が検出することができることになる。
【００５５】
以上説明したとおり、この実施の形態１に係る指紋センサ１によれば、抵抗素子１１１の上部の窪み部分に突起部１１４を設け、抵抗素子１１１が発する熱を指紋の山部に伝熱させ、指紋の山部と谷部における温度上昇特性を異ならせるよう構成したので、鮮明な指紋画像を得ることができる。
【００５６】
なお、本実施の形態では、絶縁膜１１３を覆った後に突起部１１４を設けることとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、抵抗素子１１１の上に突起部１１４を設け、その上を絶縁膜１１３で覆うよう構成することもできる。この場合にも、指紋の山部と抵抗素子１１１上の検出面１１とを確実に接触させることができる。
【００５７】
ところで、本実施の形態では、発熱素子としての役割と、温度センサとしての役割とを抵抗素子１１１に担わせることとしたが、両者をそれぞれ別個に設け、温度センサをセンサ層とヒーター層の２層構造にした場合に本発明を適用することもできる。
【００５８】
図９は、センサ層とヒーター層とを別層にした場合の指紋センサの断面構造を示す図である。図９に示すように、センサ層とヒーター層とを別層にする場合には、基板１００上にヒーター１１１ａを配設して絶縁膜１１３で覆い、ヒーター１１１ａの上部にセンサ１１１ｂおよび配線１１２を配設し、その上部を絶縁膜１１３で覆うことになる。また、図２に示す１層の場合と同様に、このセンサ１１１ｂの上部には突起部１１４を設ける。
【００５９】
すなわち、センサ層とヒーター層を別層にする場合であっても、これらを抵抗素子１１１として共用する場合と同様に、センサ１１１ｂの上部に凹部が生じるので、１層の場合と同様に突起部１１４を設けることになる。
【００６０】
なお、図９では、説明の便宜上図２のものと断面の切り方を変えているので、配線１１２がセンサ１１１ｂに接触していないように見えるが、実際には図２に示すものと同様に両者が接触する。
【００６１】
図１０は、センサ層とヒーター層とを別層にした場合の指紋センサのヒーター回路および検知回路の回路構成の一例を示す図である。同図に示すように、センサ層とヒーター層を分ける場合には、図３と異なりヒーター回路と検知回路が別層になる。具体的には、同図（ａ）に示すヒーター回路と、同図（ｂ）に示すセンサ回路が基板上に重畳して配設され、このセンサ回路に検知回路１２が接続されることになる。なお、かかるセンサ１１１ｂとしては、温度に応じた信号を自ら生成出力する素子、たとえば、焦電型の温度検出素子や熱電対などを用いることができる。また、温度センサと発熱素子の上下の位置関係を逆にしてもよい。
【００６２】
発熱素子と温度センサとをそれぞれ別個に設けた構造としてはこの他にも発熱素子と温度センサとを同じ平面上（同じ層位置）に配置した構造が上げられる。指紋の山部と谷部との伝熱特性の差を利用した指紋センサでは、検出された温度分布に基づいて指紋画像を生成する。したがって、鮮明な画像を得るためには、温度センサの検知対象部位（つまり、温度センサの周囲）の温度に影響を与える領域（具体的には、検出面における温度センサの真上の領域）に皮膚が確実に接触するようにすることが求められる。したがって、このような構成の指紋センサでは、検出面は、温度センサの真上の領域に突起部１１４を設けることが必要となる。
【００６３】
なお、できるだけ温度センサの真上に突起部１１４を設ける理由は、絶縁膜１１３がきわめて薄く、絶縁膜１１３の層方向（図における左右方向）についての熱伝導が小さいからである。
【００６４】
（実施の形態２）
上記実施の形態１では指紋センサ１自体について説明したが、ここでは上記指紋センサ１を有する指紋照合装置について説明する。図１１は、ヒーターと温度センサを兼用する１層式の指紋センサを用いた場合の指紋照合装置の構成を示す機能ブロック図である。
【００６５】
同図に示すように、この指紋照合装置は、指紋センサ１（指紋検出部１０および信号処理部２０）と、指紋照合部３０とからなる。信号処理部２０は、指紋検出部１０によって検出された温度信号に基づいて指紋画像を生成する処理部であり、この信号処理部２０は、制御部２１、電圧パルス出力部２２、検知部２３、コントラスト判定部２４、しきい値記憶部２５および画像データ出力部２６からなる。これら各部は制御部２１による制御の下、以下のように動作する。
【００６６】
検出面１１へ指が圧着された場合、制御部２１はこれを検知し、この指の指紋画像を検出すべく、電圧パルス出力部２２に測定開始の指示を送る。これを受けた電圧パルス出力部２２は、指紋検出部１０の各行へ、順次、定電圧パルスを印加することによって、加熱、温度検出をおこなう。
【００６７】
具体的には、電圧パルス出力部２２は、指紋検出部１０のいずれかの行を選択し、この選択した行に加熱用の定電圧パルスＶ1を出力する。これによって、選択された行の抵抗素子１１１が発熱し検出面１１上に温度分布が瞬時に生じる。
【００６８】
そして、所定時間経過後に、信号処理部２０の検知回路１２が電流を検出する。すなわち、抵抗素子１１１の抵抗値はその温度によって変化するため、抵抗素子１１１には温度に応じた大きさの電流が流れるため、この電流を検出する。その結果、選択された抵抗素子１１１それぞれの温度に応じた信号（温度信号）が制御部２１に出力される。以上述べた加熱、温度測定動作をすべての行について順次おこなう。
【００６９】
その後、この温度信号を得た制御部２１は、該温度信号（温度分布）に基づいて指紋画像（指紋画像）を形成し、コントラスト判定部２４が入力された指紋画像のコントラストをしきい値記憶部２５に記憶したしきい値と比較し、コントラストがしきい値を越える場合には指紋画像が良好なものであると判定し、画像データ出力部２６から指紋画像を出力する。
【００７０】
指紋照合部３０は、信号処理部２０から入力された指紋画像を、あらかじめ登録した参照指紋画像と比較して、両者が一致するか否かを照合する処理部である。この指紋照合部３０は、画像入力部３１、参照画像記憶部３２および照合処理部３３からなる。
【００７１】
画像入力部３１は、信号処理部２０から入力された指紋画像を受け付けて、これを照合処理部３３へ出力する処理部であり、参照画像記憶部３２には、あらかじめ、入力指紋画像の比較の対象となる指紋画像が記憶されている。照合処理部３３は、画像入力部３１から入力された指紋画像を、参照画像記憶部３２に記憶されている参照指紋画像と照合する。つまり、両者を比較してその一致性を判定して、その照合結果を出力する。
【００７２】
かかる構成を有する指紋照合装置を用いることにより、本発明に係る１層式の指紋検出部を用いて精度良く指紋画像を取得し、この指紋画像を参照画像と照合して照合結果を出力することができる。
【００７３】
次に、ヒーター層とセンサ層を別層した２層式の指紋センサを採用した指紋照合装置について説明する。図１２は、ヒーター層とセンサ層を別層した２層式の指紋センサを採用した指紋照合装置の構成を示す機能ブロック図である。
【００７４】
同図に示すように、この指紋照合装置は、指紋センサ１（指紋検出部１０および信号処理部２０）と、指紋照合部３０とからなる。信号処理部２０は、指紋検出部１０によって検出された温度信号に基づいて指紋画像を生成する処理部であり、この信号処理部２０は、制御部２１、電圧パルス出力部２２、検知部２３、コントラスト判定部２４、しきい値記憶部２５および画像データ出力部２６からなる。これら各部は制御部２１による制御の下、以下のように動作する。
【００７５】
検出面１１へ指が圧着された場合、制御部２１はこれを検知し、この指の指紋画像を検出すべく、電圧パルス出力部２２に測定開始の指示を送る。これを受けた電圧パルス出力部２２は、指紋検出部１０のヒーター回路１０１の各行へ、順次、定電圧パルスＶ１を印加することによって加熱をおこなうとともに、センサ回路１２に定電圧パルスＶ２を出力する。
【００７６】
センサ回路１２に定電圧パルスＶ２を出力すると、このセンサ回路１２の抵抗素子には温度に応じた大きさの電流が流れるため、信号検出部２０の検知部２３がこの電流を検出し、温度信号を制御部２１に出力する。その後、図１１に示す場合と同様の手順で指紋画像を作成し、指紋照合部３０においてこの指紋画像の照合をおこなう。
【００７７】
かかる構成を有する指紋照合装置を用いることにより、本発明に係る２層式の指紋検出部を用いて精度良く指紋画像を取得し、この指紋画像を参照画像と照合して照合結果を出力することができる。
【００７８】
なお、本実施の形態では、指紋センサに指紋検出部１０と信号処理部２０とを別体とした場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、両者を一体化することもできる。また、指紋照合部３０を、信号処理部２０と一体化もしくは、信号処理部２０と指紋検出部１０とを含めて一体化してもよい。
【００７９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、請求項１の発明によれば、基板上に複数の温度センサ、配線および絶縁膜を積層する際に生ずる温度センサ上の凹部に配設した熱伝導可能な突起部を設けるよう構成したので、指紋の山部が検出面とを確実に接触させ、もって指紋の山部が接触している場合と接触していない場合の温度センサ周辺の温度を明確に異ならせることができる。
【００８０】
また、請求項２の発明によれば、突起部を介して指に熱伝導した後の温度に応じて温度センサに流れる電流値に基づいて指紋画像を検出するよう構成したので、精度の良い指紋画像を取得することができる。
【００８１】
また、請求項３の発明によれば、温度センサが、配線を通じた通電により発熱して検出面を加熱するとともに、所定時間経過後の温度に応じた電流を配線を通じて出力するよう構成したので、ヒーターと温度センサの役割を一つの抵抗素子に担わせ場合にも、精度の良い指紋画像を取得することができる。
【００８２】
また、請求項４の発明によれば、基板と複数の温度センサとの間に配設した検出面を加熱する加熱手段を設け、各温度センサが、この加熱手段による加熱後の温度に応じた電流を配線を通じて出力するよう構成したので、ヒーターと温度センサを別層とした場合であっても、精度の良い指紋画像を取得することができる。
【００８３】
また、請求項５の発明によれば、複数の温度センサと絶縁膜との間に配設した検出面を加熱する加熱手段を設け、各温度センサは、この加熱手段による加熱後の温度に応じた電流を配線を通じて出力するよう構成したので、ヒーターを温度センサと絶縁膜との間に設けた場合であっても、精度の良い指紋画像を取得することができる。
【００８４】
また、請求項６の発明によれば、基板上に複数の温度センサ、配線および絶縁膜を積層する際に生ずる温度センサ上の凹部に配設した熱伝導可能な突起部を設け、この突起部を介して指に熱伝導した後の温度に応じて温度センサに流れる電流値に基づいて指紋画像を検出し、検出した入力指紋画像を参照指紋画像と照合するよう構成したので、精度良く指紋照合をおこなうことができる。
【００８５】
また、請求項７の発明によれば、基板上に前記複数の温度センサ並びに該温度センサに通電する配線をそれぞれ層形成し、この層上に被検者が指を載置する検出面をなす絶縁膜を層形成し、この絶縁膜層上に熱伝導可能な突起部を層形成するよう構成したので、従来の薄膜プロセスを利用して、精度の良い指紋センサを効率良く製造することができる。
【００８６】
また、請求項８の発明によれば、基板上に複数の温度センサ並びに該温度センサに通電する配線をそれぞれ層形成し、この層上に熱伝導可能な突起部を層形成し、この層上に被検者が指を載置する検出面をなす絶縁膜を層形成するよう構成したので、従来の薄膜プロセスを利用して、精度の良い指紋センサを効率良く製造することができる。
【００８７】
また、請求項９の発明によれば、基板上に熱伝導可能な突起部を層形成し、この層上に複数の温度センサ並びに該温度センサに通電する配線をそれぞれ層形成し、この層上に被検者が指を載置する検出面をなす絶縁膜を層形成するよう構成したので、従来の薄膜プロセスを利用して、精度の良い指紋センサを効率良く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係る指紋検出センサの外観構成を示す図である。
【図２】図１に示した指紋検出部の断面構造を示す図である。
【図３】図１に示した信号処理部内に設けられる検知回路の回路構成の一例を示す図である。
【図４】図２に示した突起部を設けた指紋センサを用いた指紋の検出概念を説明するための説明図である。
【図５】シミュレーションの前提を説明するための説明図である。
【図６】突起部を設けた検出面に指を載置した場合における温度上昇のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図７】突起部を設けない検出面に指を載置した場合における温度上昇のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図８】指紋の谷部と山部の検出原理を説明するための説明図である。
【図９】センサ層とヒーター層とを別層にした場合の指紋センサの断面構造を示す図である。
【図１０】センサ層とヒーター層とを別層にした場合の指紋センサのヒーター回路および検知回路の回路構成の一例を示す図である。
【図１１】ヒーターと温度センサを兼用する１層式の指紋センサを用いた場合の指紋照合装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図１２】ヒーター層とセンサ層を別層した２層式の指紋センサを採用した指紋照合装置の構成を示す機能ブロック図である。
【符号の説明】
１  指紋センサ
１０  指紋検出部
１１  検出面
１２  検知回路
２０  信号処理部
２１  制御部
２２  電圧パルス出力部
２６  画像データ出力部
３０  指紋照合部
３１  画像入力部
３２  参照画像記憶部
３３  照合処理部
１００  基板
１１１  抵抗素子
１１２  配線
１１３  絶縁膜
１１４  突起部
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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