(57)【要約】一定時間に亘って凹凸を検出する、凹凸検出のための装置（１０）、及び方法。得られた情報を使用して、凹凸の三次元構造、及び／又は伸縮性及び／又は弾性的挙動又は特徴に関して特定する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定時間に亘って外側表面上の少なくとも一つの凹凸を検出して、凹凸情報を提供する工程と、
前記凹凸情報を使用して外側表面の形状的な特徴情報を決定する工程と、を含む方法。
【請求項２】
前記検出工程は、一定時間に亘って摩擦隆起を有する外側表面上の複数の凹凸を検出する工程を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記検出工程は、複数の凹凸と検出表面との間の近接関係を異なる時間において検出する工程を含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記近接関係を異なる時間において検出する工程は、複数の凹凸と検出表面との間の近接関係を所定の時間間隔にて検出する工程を含む請求項３に記載の方法。
【請求項５】
複数の凹凸検出センサを備えた検出表面を提供する工程を含み、前記一定時間に亘って外側表面上の少なくとも一つの凹凸を検出して凹凸情報を提供する工程は、検出表面を用いて、一定時間に亘って外側表面上の少なくとも一つの凹凸を検出する工程を含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記検出工程は、第一の時間において、所定の凹凸に対して所定の近接さを有する凹凸検出センサにより該凹凸を検出して第一の凹凸データを提供する工程と、第一の時間の後の第二の時間において、所定の凹凸に対して所定の近接さを有する凹凸検出センサにより該凹凸を検出して第二の凹凸データを提供する工程とを含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記凹凸情報を使用して外側表面の形状的な特徴情報を決定する工程は、前記第一の凹凸データと第二の凹凸データとを使用して、外側表面の形状を決定する工程を含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記外側表面は、手の少なくとも一部を含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記手の少なくとも一部は、指先を含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記凹凸情報を使用して外側表面の形状的な特徴情報を決定する工程は、前記第一の凹凸データと第二の凹凸データとを使用して、所定の凹凸の形状を決定する工程を含む請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
前記複数の凹凸検出センサを備えた検出表面を提供する工程は、複数の凹凸検出センサの少なくとも数個と一体化されているメモリを提供する工程を含む請求項５に記載の方法。
【請求項１２】
一定時間に亘って外側表面上の少なくとも一つの凹凸を検出して、時間ベースの凹凸情報を提供する工程と、
前記時間ベースの凹凸情報を使用して外側表面の伸縮性、及び弾性の少なくとも一方の特徴情報を決定する工程とを含む方法。
【請求項１３】
複数の凹凸検出センサを備え、前記検出工程は、複数の凹凸検出センサを使用して、一定時間に亘って外側表面上の少なくとも一つの凹凸を検出する工程を含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記複数の凹凸検出センサを使用して、一定時間に亘って外側表面上の少なくとも一つの凹凸を検出する工程は、
第一の時間において、凹凸検出センサを使用して該凹凸検出センサから少なくとも所定の近接さを有する少なくとも一つの凹凸を検出して、第一の時間データを提供する工程と、
前記第一の時間後の第二の時間において、凹凸検出センサを使用して該凹凸検出センサから少なくとも所定の近接さを有する少なくとも一つの凹凸を検出して、第二の時間データを提供する工程とを含み、
前記時間ベースの凹凸情報を使用して外側表面の伸縮性、及び弾性の少なくとも一方の特徴情報を決定する工程は、第一の時間データと第二の時間データとを使用して、外側表面の伸縮性、及び弾性の少なくとも一方の特徴情報を決定する工程を含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記外側表面の伸縮性、及び弾性の少なくとも一方の特徴情報を決定する工程は、指先の伸縮性、及び弾性の少なくとも一方の特徴情報を決定する工程を含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記一定時間に亘って外側表面上の少なくとも一つの凹凸を検出して、時間ベースの凹凸情報を提供する工程は、外側表面が凹凸検出表面に向かって移動される際に、一定時間に亘って少なくとも一つの凹凸を検出する工程を含み、前記時間ベースの凹凸情報を使用して外側表面の伸縮性、及び弾性の少なくとも一方の特徴情報を決定する工程は、時間ベースの凹凸情報を使用して外側表面の少なくとも伸縮性を決定する工程を含む請求項１２に記載の方法。  
【請求項１７】
前記一定時間に亘って外側表面上の少なくとも一つの凹凸を検出して、時間ベースの凹凸情報を提供する工程は、外側表面が凹凸検出表面から離反して移動される際に、一定時間に亘って少なくとも一つの凹凸を検出する工程を含み、前記時間ベースの凹凸情報を使用して外側表面の伸縮性、及び弾性の少なくとも一方の特徴情報を決定する工程は、時間ベースの凹凸情報を使用して外側表面の少なくとも弾性を決定する工程を含む請求項１２に記載の方法。  
【請求項１８】
凹凸検出器と、
前記凹凸検出器に対して作動可能に接続された制御出力を有する検出器コントローラと、
前記凹凸検出器に対して作動可能に接続され、かつ上部に凹凸が配置された表面の形状的表現をその内部に記憶するメモリとを備え、
前記形状的表現は、凹凸のための時間を隔てた複数の凹凸検出の結果を含む装置。
【請求項１９】
前記凹凸検出器は抵抗放出直接指紋読み取り装置を有する請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記検出器コントローラはタイミング手段を備えて、凹凸検出器により凹凸検出結果が所定の時間間隔にて獲得される請求項１８に記載の装置。  
【請求項２１】
前記所定の時間間隔は、１／１００秒以下の継続時間からなる請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記凹凸検出器とメモリとは、一体形成されている請求項１８に記載の装置。  
【請求項２３】
指紋読み取り面を提供する工程と、
前記指紋読み取り面に関して指紋が移動される際に、摩擦隆起の一連の表現を獲得する工程と、前記摩擦隆起は、対応する表現が獲得される際に、指紋読み取り面に対して少なくとも所定の近接さを有することと、
前記一連の表現を使用して、指紋の形状的特徴を形成する工程とを含む、複数の特徴的な摩擦隆起を有する指紋を読み取る方法。
【請求項２４】
前記指紋読み取り面に関して指紋が移動される際に、摩擦隆起の一連の表現を獲得する工程と、前記摩擦隆起は、対応する表現が獲得される際に、指紋読み取り面に対して少なくとも所定の近接さを有することと、は、前記指紋読み取り面に向かって指紋が移動される際に、摩擦隆起の一連の表現を獲得する工程と、前記摩擦隆起は、対応する表現が獲得される際に、指紋読み取り面に対して少なくとも所定の近接さを有することと、を含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記指紋読み取り面に関して指紋が移動される際に、摩擦隆起の一連の表現を獲得する工程と、前記摩擦隆起は、対応する表現が獲得される際に、指紋読み取り面に対して少なくとも所定の近接さを有することとは、前記指紋読み取り面から離反して指紋が移動される際に、摩擦隆起の一連の表現を獲得する工程と、前記摩擦隆起は、対応する表現が獲得される際に、指紋読み取り面に対して少なくとも所定の近接さを有することと、を含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記所定の近接さは、物理的接触を含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記摩擦隆起の一連の表現を獲得する工程は、所定の時間間隔にて摩擦隆起の一連の表現を獲得する工程を含む請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凹凸の検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な種類の凹凸（即ち、表面から突出した部分）は、多くの場合、個体に特有のもので、中でも特に指紋と掌紋とが最も良く知られており頻繁に利用されている。特徴的な凹凸を能動的に検知する様々な装置が開発されており、認識、及び／又は認定の手順を向上させている。これら装置の実現を補助する熱、容量、超音波、圧力及び光ベースの様々な有効な技術が提案されている。これらの全装置は、ある程度まで凹凸の特徴を獲得する。指紋の特徴は特徴点とも称され、特徴点は一般に、摩擦隆起の始点、終点、又は分岐点の位置を含む。
【０００３】
特徴点に基づく自動凹凸分析プロセスが公知である。例えば、自動指紋識別システムと称されるシステムでは、所定の指紋から検出された特徴点と、事前に記憶された一つ以上の指紋記録から抽出された特徴点とを自動的に比較する。この方法の正確さは、所定の凹凸模様の特徴付けに使用される特徴点の数に依存する（即ち、ある程度、特徴点の数が多い程、規定の凹凸模様をより正確に、唯一のものとして特徴付けることが可能になる）。
【０００４】
しかしながら、多くの場合、凹凸検出の解像度を向上させると、付加的な情報の処理に要するコンピュータ・オーバーヘッドの必要性が増す。従って、従来の方法を用いて、より正確な凹凸検出、及び特徴付けを達成することは困難である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
上述した必要性の少なくとも一部は、以下の詳細な説明に開示された凹凸検出方法及び装置を、特に図面との関連において考察することにより満たされる。
当業者は図面中の要素が簡略化と明確化のために図示されており、必ずしも等尺に描かれていないことを理解するであろう。例えば、図面中、数個の要素の寸法は、本発明の多様な実施形態の理解を補助するために、他の要素との関連において誇張されている場合がある。また、商業的に利用可能な実施形態に有用な、又は必要な、公知である通常の要素は、本発明の多様な実施形態の概要を出来るだけ妨害しないよう図示されていない。
【０００６】
一般に、本発明の多様な実施形態によれば、凹凸の検出は一定時間に亘って実行される。それによって、所定の凹凸を（更に所望であれば凹凸を支持する表面を）形状的特徴に関して特徴付けることが可能になる。得られた情報は、凹凸を三次元的形成因子に関して特徴付けるために使用され得る。更にこの情報は、（凹凸が凹凸検出表面と接触される際に）凹凸の伸縮性を特徴付け、かつ／又は（凹凸が凹凸検出表面から離反される際に）弾性を特徴付けるために使用され得る。
【０００７】
一実施形態によれば、最初に一つ以上の凹凸と凹凸検出表面との接触地点が記録される。その後（好ましくは、一秒の何分の一か後）、接触地点が再度記録され、この追加の読み取り値は、所定の用途に所望され、かつ／又は適切であるように読み取られ獲得される。
【０００８】
その後、上記に示唆したように、獲得された情報を使用して時間ベースの凹凸特徴付けデータを提供する。
この方法では凹凸検出の画像解像度を上昇させる必要は必ずしもなく、従って少なくとも、正確性を向上させる他の技術の導入に対する殆どの懸念が回避される。このような利
点を有する一方、本発明の実施形態では、特徴付けのための更なる要素を提供することにより、凹凸に基づく識別、及び証明の正確さと信頼性とを相当向上させ得る。事実、解像度の複雑性を等価に増大させずに、付加的な特徴情報に基づいて更なる正確さが獲得される。
【０００９】
図面を参照すると、図１に、所望の形状的なかつ／又は時間ベースの凹凸検出を支持するプラットフォームのブロック図が示されている。このプラットフォームは様々な凹凸検出器１０により遂行し得るが、好ましい実施形態では、凹凸検出器１０は抵抗放出直接凹凸読み取り装置からなる。この読み取り装置は、２００１年に出願された熱ethod and Apparatus for Asperity Sensing and Storage・と題された米国特許出願公開公報第１４８７１に開示されている。
【００１０】
この凹凸検出器は複数のメモリセルを備え、各メモリセルは少なくとも１個の電荷蓄積素子を有している。メモリはランダムアクセスメモリ等の半導体メモリからなり得る（しかし、所望であればスタティックランダムアクセスメモリからなってもよい）。メモリ内において電荷蓄積素子のチャージ状態は、論理“１”又は“０”で表現され、対応するメモリセル内に記憶される。凹凸接触表面はメモリセル上に重なっている。凹凸接触表面は該表面を貫通して形成された複数の導電路を備え、導電路の少なくとも数個は少なくとも数個の電荷蓄積素子に対して導電的に接続されている。
【００１１】
導電性表面は電極パッドを有し、任意の適切な導電性材料から形成されている。導電性表面は金めっきされていることが好ましい（凹凸接触表面は導電性表面を機械的かつ化学的に保護すると想定されるが、凹凸接触表面に幾分かの湿気が浸透する可能性がある。金めっきにより、導電性表面の腐食による弱化の防止が補助される）。更に、数個の導電性表面は共通レールに対して接続されている。導電性表面は、電荷蓄積素子と共通レールとに対して交互に接続されている（事実、好ましい形態では、電荷蓄積素子に対して接続されている導電性表面の数は、約１００対１の比で、共通レールに対して接続されている導電性表面の数を上回り得る）。他の構成、及び比率も可能であり、事実上、所定の用途においては性能が向上する。
【００１２】
指紋の感知での使用に意図される凹凸獲得装置では、凹凸検出器１０は、約１．２５ｃｍの幅と２．５４ｃｍの長さとを有し得る。メモリセル及び対応する電荷蓄積素子と、導電性表面とはアレイ状に配置されて、センサにより確実に指紋接触表面全体をカバーすることが好ましい。
【００１３】
図２に示すように、凹凸検出器１０の凹凸接触表面２１は、エポキシ材から形成されてもよく、異方性材料から形成されていることが好ましい。凹凸接触表面を貫通して形成された導電路は、導電球２２を有し得る。この導電球２２は約１０-７ｍの直径を有しても
よく、ニッケルから形成され得る。このニッケルは球の周囲に酸化物被膜を有することが好ましい。その結果、球２２は電気を通電する一方、電流に相当の抵抗を示す。
【００１４】
１個以上の導電球２２は、通常１個の導電性表面に隣接して配置されている。事実上、任意の所定の導電性表面に隣接して複数の導電球が配置されるものと想定される。例えば、導電性表面と導電球との寸法が上述した通りであり、かつドーピング比が１５％対２５％であると仮定すると、各導電性表面に約８〜１２個の導電球が接触することになる。この剰余レベルにより、全導電性表面（及びこれらに対応するメモリセル）が活性を有して凹凸検出と蓄積プロセスとに利用され得ることが証明される。
【００１５】
エポキシ製の凹凸接触表面２１は、加圧硬化されている。しかしながら、加圧及び硬化は、球２２の露出部分の信頼性を保証し得ない。それ故、凹凸接触表面２１の外側表面を
処理して、導電球２２の一部分を確実に露出してもよい。そのために、焼灼、又はプラズマ洗浄等を実行し得る。物体が指紋接触表面と接触する際には、物体表面の突出した部分が導電球の数個と接触して、前もって充電されている電荷蓄積素子と、該素子に対応する導電性表面とから、導電性表面と導電的に接続されている導電球を介して、かつ物体自体を介して、及び共通レールに接続されている別の導電球と導電性表面の一対を介して、電流が流れるものと想定される。その結果、特定の電荷蓄積素子が放電する。電荷蓄積素子の放電状態は、指紋接触表面の特定の位置に凹凸が存在することの特徴付けの指標の役割を果たす。
【００１６】
再び図１を参照すると、上述した凹凸検出器１０は、凹凸接触表面に対して接触する物体の表面上に存在する凹凸に関する触覚的情報を同時に感知して、これを記憶する。検出器コントローラ１１は凹凸検出器１０に対して接続しており、（例えば、検出器１０の電荷蓄積素子の蓄電を制御することによって）検出器１０の作動時間と作動状態とを制御する。本発明の実施形態では、凹凸検出器１０は一連の凹凸検出像を迅速に獲得する。そのために、検出器コントローラ１１は、一体型のタイマーを備えるか、又はその代わりに外部タイマー１２を備え得る。この（内部又は外部）タイマーは、所定の時間間隔を１／１００又は１／１０００秒という短い継続時間において決定することが可能であり、以下に説明するように、検出器コントローラ１１によって正確かつ高い信頼性の元に使用される。
【００１７】
本発明の実施形態は、時間を隔てた凹凸検出の一連の結果を保持するメモリを備えることが好ましい。メモリは、その全体又は一部が外付けメモリからなり、かつ／又凹凸検出器１０と完全に、又は部分的に一体化され得る（参照符号１４に示す破線による四角形で示すように）。好ましい実施形態では、凹凸検出器１０が抵抗放出読み取り装置からなる場合、メモリの大部分は読み取り装置自体の電荷蓄積素子であり得る。
【００１８】
所望であれば、凹凸情報を処理するプロセッサ１５を設けてもよい。例えば、メモリ１３内に保持されている凹凸を形状的に表現する情報は、プロセッサ１５によりアクセスされて、所望の識別作業、及び／又は許可作業を実行し得る。
【００１９】
このように形成されたプラットフォームは、少なくとも一つの凹凸検出器と、凹凸検出器に対して作動可能に接続する制御出力を有して凹凸検出器を制御する検出器コントローラと、凹凸検出器に対して作動可能に接続されて指紋等の所定の表面の凹凸の形状的表現を記憶するメモリとを備える。以下により詳細に説明するように、少なくとも一部の凹凸の形状的表現は、時間ベースの凹凸検出の結果から誘導される。時間を隔てた凹凸検出の結果を纏めて形状的表現が提供される。更に以下に説明するように、このプラットフォームは、時間を隔てた凹凸検出の結果を獲得して、凹凸と、凹凸の下方に存在する表面との伸縮性、及び／又は弾性の関数として凹凸を特徴付けることも可能である。
【００２０】
図３を参照すると、本願に開示されているプラットフォーム（又は他の所望の可能なプラットフォーム）は短時間で外表面上の凹凸３１を繰り返し検出する。凹凸は、例えば指紋、掌紋等の皮膚紋理、皮手袋模様等であり得る。より詳細には、好ましい実施形態において、凹凸は、異なる時間において、凹凸と、前述した検出表面との間の近接関係を検出することによって検出される。これを説明するために、図４を参照すると、外表面（指先等）が凹凸検出器１０に接近する最初の瞬間、外表面２１上の所定の凹凸４１の最も外側の部分が、凹凸接触表面２１の対応する部分と（詳細には、この実施形態では特定の導電球４２と）第一の接触を行う。この接触点は、対応する凹凸の形状を検出し指示する。外表面が凹凸検出器１０に向かって更に移動されると、（図５に示唆するように）凹凸４１は圧縮される。凹凸４１が圧縮されると、多くの場合、図４の瞬間から僅かに後の時間に、凹凸４１は隣接するか、又は近隣に存在する他の球（この例では５１，５２）と接触す
る。後の時間にて情報を獲得することにより、追加の凹凸情報が獲得される。
【００２１】
図６及び図７を参照すると、凹凸を有する物体が凹凸検出器１０に対して押圧される際の異なる時間において、所定の凹凸４１の異なる部分が検出されることが理解されよう。特に、凹凸の最も外側に延びる部分が、最初に検出器１０に接触して、他の部分はその後の時間に検出器１０に接触する。例えば、簡単な例として、凹凸４１の最も外側の部分６１が最初に検出器１０に接触し、次いで、その後、凹凸４１の次なる外側部分６２が接触し、次いで、更にその後、凹凸４１の次なる外側部分６３が接触すると想定される。各所定時間の間に、凹凸に接触される検出器表面部分を記録することによって、得られたデータを用いて図７に示すような凹凸の形状的表現を決定することが可能である。この表現は、（通常、他の殆どの凹凸検出機構により提供されるものと同様の）凹凸の二次元形態のみでなく、凹凸の三次元形態に関する情報も提供する。
【００２２】
このような三次元的な形状的表現は、例えば個人が所有する凹凸に関して重要な特徴付けの情報を提供する。従って、この情報を凹凸に基づく識別プロセスの信頼性と正確さとを向上させるために使用することができる。
【００２３】
この情報はまた、凹凸を別様に特徴付けるように使用され得る。例えば、図８を参照すると、時間ベースの凹凸情報の供給８１に続いて、凹凸の伸縮性、及び／又は弾性の特徴情報を決定すること８２も可能である。凹凸が検出器の近隣に移動される際の様々な時間において、凹凸検出センサと凹凸自体との間の所定の近接程度（実際の物理的接触等）を検出することによって、凹凸及び／又は凹凸の下方に存在する表面の伸縮性を確認することが可能である。同様に、凹凸が検出器の近隣から除去される際の様々な時間において、凹凸検出センサと凹凸との近接関係を記録することによって、凹凸及び／又は凹凸の下方に存在する表面の弾性を確認することが可能である。即ち、これらの特徴は、一定時間に亘って凹凸の多数の部分が検出表面と接触する（又は検出表面から離反する）際に、凹凸自体及び／又は下方に存在する支持面の伸縮性、及び／又は弾性の関数として出現する。
【００２４】
以上の構成によって、凹凸を検出して特徴付ける様々なメカニズムを実現することが可能である。例えば、凹凸検出器１０を指紋読み取り面として使用すれば、指紋読み取り装置を容易に製造することが可能である。検出器１０は、個人の指紋が指紋読み取り面に関して移動される際に、対応する表現を獲得する時点で検出器１０に対して少なくとも所定の近接さを有する、例えば物理的に完全に接触する摩擦隆起の一連の表現を獲得することが可能である。獲得された一連の表現は、次いで指紋の形状的な特徴付けに使用され得る。摩擦隆起の一連の表現は、指紋読み取り面に向かって指紋が移動される際、指紋読み取り面から指紋が離反される際、又はその双方において獲得され得る。
【００２５】
時間ベースの情報の解像度は、少なくとも部分的に、情報を獲得する時間間隔の継続時間の関数からなる。抵抗放出直接凹凸読み取り装置は、１／１０００秒という短い時間間隔に対して反応することが可能であり得る。しかしながら、これより相当長い獲得時間の間隔においても、有用で向上した結果を得ることが可能である。
【００２６】
本願に説明された凹凸検出器、及び凹凸検出方法の多様な実施形態の全ては、二次元画像の解像度を向上させる必要なく、特徴情報の総数を増大させる。その結果、従来の方法にて画像解像度を等価に改良する必要なく正確さと信頼性とが向上し得る。更に、凹凸を三次元的、及び／又は時間ベースで特徴付けることによって、所定の凹凸がより完全に特定され、詐欺行為が成功する可能性が低下する。
【００２７】
当業者は本発明の趣旨及び範囲から逸脱せずに、上述した実施形態の多様な改良、変更及び組み合わせが可能であり、このような改良、変更及び組み合わせは本発明の概念の範
囲内に含まれることを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態に従って構成されたブロック図。
【図２】本発明の実施形態に従って構成された凹凸検出器の詳細を示す概略側面図。
【図３】本発明の実施形態に従って構成されたフローチャート。
【図４】本発明の実施形態に従って構成された凹凸検出器に凹凸が最初に接触する所を示す詳細な概略側面図。
【図５】本発明の実施形態に従って構成された凹凸検出器に凹凸がその後に接触する所を示す詳細な概略側面図。
【図６】凹凸の斜視図。
【図７】本発明の実施形態に従って構成された、図６に示した凹凸の形状的な特徴情報を示す頂面図。
【図８】本発明の実施形態に従って構成されたフローチャート。
【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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【国際調査報告】
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