JP7765079B2 - 指紋認証装置 - Google Patents

Description

本発明は、指紋認証装置に関する。

下記特許文献１には、端末装置に設けられた指紋読み取り装置において、指紋読み取り部に、導電性を有し且つ基板にグランド電位に接続したプレートを設け、ユーザの指が指紋読み取り部に置かれたときに、当該プレートを介して、ユーザの指に帯電した静電気を除去する技術が開示されている。

特開２００１－５９５１号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術は、プレートをネジやバネ等によって指紋読み取り装置に固定する構成を採用しているため、プレートを固定するための固定部をプレートに設ける必要があるため、プレートのサイズが大型化し、結果的に装置全体のサイズが大型化する虞がある。

一実施形態に係る指紋認証装置は、操作者の指の指紋を検出する検出面を有する指紋センサ部と、指紋センサ部が実装された基板と、基板に被せて設けられる金属フレームと、基板を保持する保持部材とを備えた指紋認証装置であって、金属フレームと基板との間において、指紋センサ部の近傍に設けられ、金属フレームを基板のグランド電位に接続させる導電性弾性体を備える。

一実施形態に係る指紋認証装置によれば、装置全体のサイズの大型化を抑制することができる。

一実施形態に係る指紋認証装置の外観斜視図 一実施形態に係る指紋認証装置の分解斜視図 一実施形態に係る指紋認証装置の図１におけるＡ－Ａ断面線による断面図 一実施形態に係る指紋認証装置の下側から視た外観斜視図 一実施形態に係る指紋認証装置の組み立て手順を説明するための図 一実施形態に係る指紋認証装置の組み立て手順を説明するための図 一実施形態に係る指紋認証装置の組み立て手順を説明するための図 一実施形態に係る指紋認証装置の組み立て手順を説明するための図

以下、図面を参照して、一実施形態について説明する。

（指紋認証装置１００の構成）
図１は、一実施形態に係る指紋認証装置１００の外観斜視図である。図２は、一実施形態に係る指紋認証装置１００の分解斜視図である。図３は、一実施形態に係る指紋認証装置１００の図１におけるＡ－Ａ断面線による断面図である。図４は、一実施形態に係る指紋認証装置１００の下側（Ｚ軸負側）から視た外観斜視図である。

なお、以降の説明では、便宜上、Ｘ軸方向を左右方向とし、Ｙ軸方向を前後方向とし、Ｚ軸方向を上下方向とする。但し、Ｘ軸正方向を右方向とし、Ｙ軸正方向を前方向とし、Ｚ軸正方向を上方向とする。これらは、装置内の相対的な位置関係を示すものであり、装置の設置方向や操作方向を限定するものではなく、装置内の相対的な位置関係が同等なものは、設置方向や操作方向が異なっているものも全て、本発明の権利範囲に含まれるものである。

図１に示す指紋認証装置１００は、例えば、自動車等の車両の車室内に搭載された操作パネルに設けられ、操作者の指の指紋を検出する装置である。

図１～図４に示すように、指紋認証装置１００は、金属フレーム１１０、指紋センサ部１２０、フレキシブル基板１３０、保持部材１４０、および導電性弾性体１５０を備える。

金属フレーム１１０は、フレキシブル基板１３０の基部１３１の上側に重ねて設けられる、金属製の部材である。金属フレーム１１０は、上方からの平面視において、フレキシブル基板１３０の基部１３１に実装された指紋センサ部１２０を取り囲む矩形枠状を有する。金属フレーム１１０は、導電性を有し、導電性弾性体１５０を介して、フレキシブル基板１３０のグランド電位に接続されている。

金属フレーム１１０は、指紋センサ部１２０の検出面１２０Ａに操作者の指が置かれる際に、操作者の指が接触することにより、操作者に帯電している静電気を、フレキシブル基板１３０のグランド電位に逃がすことにより、指紋センサ部１２０が静電気により破壊されることを防止することができる。金属フレーム１１０は、保持部材１４０との間でフレキシブル基板１３０の基部１３１および導電性弾性体１５０を挟み込む（図３参照）。

金属フレーム１１０は、平面部１１１、隆起部１１２、および４本の爪部１１３を有する。平面部１１１は、指紋センサ部１２０の検出面１２０Ａと平行な部分である。平面部１１１の中央には、上方からの平面視において矩形状の開口部１１１Ａが形成されている。開口部１１１Ａは、指紋センサ部１２０の検出面１２０Ａの少なくとも一部を露出させるために形成されている。

隆起部１１２は、絞り成形によって平面部１１１から上方に隆起した部分であり、開口部１１１Ａの縁部に沿って、開口部１１１Ａを取り囲む矩形状に形成されている。４本の爪部１１３は、「被固定部」の一例であり、平面部１１１の４つの角部の各々の近傍から、下方に延設されて設けられている、薄板状の部分である。

具体的には、２本の爪部１１３は、平面部１１１の右縁部（Ｘ軸正側の縁部）における前端部（Ｙ軸正側の端部）および後端部（Ｙ軸負側の端部）から、下方に延設されて設けられている。また、他の２本の爪部１１３は、平面部１１１の左縁部（Ｘ軸負側の縁部）における前端部（Ｙ軸正側の端部）および後端部（Ｙ軸負側の端部）から、下方に延設されて設けられている。

各爪部１１３は、先端部にスリット１１３Ａが形成されている。各爪部１１３は、保持部材１４０の側面１４０Ｃおよび下面１４０Ｂに沿って略直角に折り曲げられ、スリット１１３Ａ内に保持部材１４０の突起１４１が挿入された状態で、保持部材１４０の突起１４１がカシメられることにより、保持部材１４０の突起１４１に固定される。金属フレーム１１０は、４本の爪部１１３の各々が４つの突起１４１の各々に固定されることにより、導電性弾性体１５０を圧縮した状態で、保持部材１４０に固定される。なお、組み立て手順の詳細はあらためて後述する。

指紋センサ部１２０は、フレキシブル基板１３０の基部１３１の上面に実装される、薄板状の部材である。指紋センサ部１２０は、上方からの平面視において矩形状を有する。指紋センサ部１２０は、その上面に検出面１２０Ａを有し、当該検出面１２０Ａにおいて、操作者の指の指紋を検出する。例えば、指紋センサ部１２０は、検出面１２０Ａに置かれた指の指紋を光学的に検出し、検出された指紋のパターンを示す指紋検出信号を出力することができる。ただし、指紋センサ部１２０の検出方式は、光学式に限らず、静電式等の他の検出方式であってもよい。

フレキシブル基板１３０は、「基板」の一例である。フレキシブル基板１３０は、導電性の回路が折り曲げ可能且つ絶縁性を有する樹脂製且つシート状の部材で被覆された基板である。フレキシブル基板１３０は、指紋センサ部１２０によって検出された指紋検出信号を、外部へ伝達することができる。

図１～図３に示す例では、フレキシブル基板１３０は、基部１３１、折り返し部１３２、平面部１３３、引き出し部１３４、および接続部１３５を有する。基部１３１は、上方からの平面視において矩形状を有し、指紋センサ部１２０が実装される部分である。また、基部１３１は、保持部材１４０の上面に重ねて設けられることにより、保持部材１４０によって支持される。

折り返し部１３２は、基部１３１の右端部（Ｘ軸正側の端部）から下方（Ｚ軸負方向）に延びる部分であり、フレキシブル基板１３０の延びる方向を、右方向（Ｘ軸正方向）から左方向（Ｘ軸負方向）へ折り返し、平面部１３３と接続する部分である。平面部１３３は、折り返し部１３２の下端部（Ｚ軸負側の端部）から左方向（Ｘ軸負方向）に延びる部分であり、保持部材１４０の下面１４０Ｂの位置決め突起１４２に位置決めされた状態で、弾性ブロック１３６を介して図示しない相手部品と下面１４０Ｂとの間に挟持される部分である。

引き出し部１３４は、平面部１３３の左端部（Ｘ軸負側の端部）から下方（Ｚ軸負方向）に延びる部分である。接続部１３５は、引き出し部１３４の終端部に設けられており、外部へと繋がるコネクタ（図示省略）に接続される部分である。

保持部材１４０は、フレキシブル基板１３０の基部１３１の下側に重ねて設けられる、樹脂製且つ平板状の部材である。保持部材１４０は、上方からの平面視において、略矩形状を有する。保持部材１４０は、その上面である支持面１４０Ａにフレキシブル基板１３０の基部１３１が配置されることにより、フレキシブル基板１３０の基部１３１を下側から支持する。

保持部材１４０の下面１４０Ｂにおける４つの角部の各々には、４つの突起１４１の各々が下方（Ｚ軸負方向）に突出して設けられている。４つの突起１４１の各々は、「固定部」の一例であり、上述したように、金属フレーム１１０の爪部１１３が有するスリット１１３Ａ内に挿入された状態でカシメられることにより、爪部１１３を固定する。

本実施形態では、突起１４１のカシメ方法として、圧力および熱を加える熱カシメを用いているが、これに限らず、その他のカシメ方法（例えば、圧力のみを加えるカシメ方法）を用いてもよい。なお、図４で示された突起１４１は、カシメによって高さ方向に圧縮され、高さ寸法よりも径方向の寸法が大きな略円柱形状であるが、圧縮前の突起１４１は、図５に示すように、高さ寸法が径方向の寸法より大きな略円柱形状である。

導電性弾性体１５０は、導電性および弾性を有する部材である。導電性弾性体１５０は、フレキシブル基板１３０の基部１３１の上面のグランドパターン（図示省略）上、且つ、指紋センサ部１２０の周囲の近傍に設けられる。図示を省略するが、基部１３１に形成されているグランドパターンは、指紋認証装置１００が搭載される装置のグランド電位に接続される。

導電性弾性体１５０は、保持部材１４０に金属フレーム１１０が固定されることにより、金属フレーム１１０と基部１３１によって挟持される。これにより、導電性弾性体１５０は、金属フレーム１１０をフレキシブル基板１３０のグランド電位に接続させる。本実施形態では、導電性弾性体１５０は、導電性を有する両面テープによって、フレキシブル基板１３０の基部１３１の上面のグランドパターンに接着されている。但し、これに限らず、例えば、導電性弾性体１５０は、導電性を有する両面テープによって、金属フレーム１１０の平面部１１１の下面（グランドパターンと対向する位置）に接着されてもよい。

なお、本実施形態において、導電性弾性体１５０は、導電性ウレタン、導電性シリコン、導電性ポリエチレン、および導電性フォームのいずれかである。また、本実施形態において、指紋認証装置１００は、指紋センサ部１２０の周囲の近傍における対角する２つの位置に設けられた２つの導電性弾性体１５０を備える。但し、導電性弾性体１５０の数および配置位置は、これに限らない。

以上のように構成された指紋認証装置１００は、金属フレーム１１０の開口部１１１Ａから露出した指紋センサ部１２０の検出面１２０Ａに、操作者の指が置かれることにより、当該検出面１２０Ａによって操作者の指の指紋を検出することができる。そして、指紋認証装置１００は、フレキシブル基板１３０を通じて、検出された指紋のパターン等を示す指紋検出信号を外部へ出力することができる。この際、指紋認証装置１００は、操作者の指が金属フレーム１１０の隆起部１１２に接触することにより、操作者に帯電している静電気を、金属フレーム１１０および導電性弾性体１５０を介して、フレキシブル基板１３０のグランド電位に逃がすことで、指紋センサ部１２０の静電気による破壊を防ぐことができる。

（指紋認証装置１００の組み立て手順）
図５～図８は、一実施形態に係る指紋認証装置１００の組み立て手順を説明するための図である。なお、以下の組み立て手順を説明するにあたり、予め、ハンダバンプ等によりフレキシブル基板１３０の基部１３１に指紋センサ部１２０が実装されているものとする。

まず、図５に示すように、保持部材１４０を、フレキシブル基板１３０の基部１３１と平面部１３３との間に配置することにより、保持部材１４０によってフレキシブル基板１３０を保持した状態にする。このとき、フレキシブル基板１３０の基部１３１が、保持部材１４０の支持面１４０Ａによって保持された状態とする。

また、図５に示すように、フレキシブル基板１３０の基部１３１の上面における対角する２つの位置（いずれも、グランドパターン上）の各々に、導電性弾性体１５０を設置する。

そして、図６に示すように、フレキシブル基板１３０の基部１３１に対し、金属フレーム１１０を被せる。このとき、金属フレーム１１０の平面部１１１と、フレキシブル基板１３０の基部１３１の間で、導電性弾性体１５０が押し潰されるようにする。

次に、図７に示すように、金属フレーム１１０が有する４本の爪部１１３の各々を、保持部材１４０の下面１４０Ｂに沿うように、内側に向けて略直角に折り曲げる。これにより、４本の爪部１１３の各々のスリット１１３Ａ内に、保持部材１４０が有する突起１４１が挿入される。

そして、図８に示すように、保持部材１４０が有する４つの突起１４１の各々を高さ方向に圧縮してカシメることにより、金属フレーム１１０が有する４本の爪部１１３の各々を、保持部材１４０に固定する。これにより、金属フレーム１１０は、導電性弾性体１５０を介してフレキシブル基板１３０のグランド電位に接続された状態で、保持部材１４０に固定されて、図４に示される状態となる。

このとき、金属フレーム１１０の平面部１１１と、フレキシブル基板１３０の基部１３１の間で、導電性弾性体１５０が押し潰されているため、その復元力によって金属フレーム１１０とフレキシブル基板１３０との両方に強く当接し、導電性弾性体１５０を介して金属フレーム１１０のグランド電位への接続状態は、安定的に維持される。また、導電性弾性体１５０が緩衝材としても機能し、金属フレーム１１０の爪部１１３の曲げ位置や関連する部品の寸法バラつきを吸収し、金属フレーム１１０はガタつきのない固定状態に維持される。

（効果）
以上説明したように、一実施形態に係る指紋認証装置１００は、操作者の指の指紋を検出する検出面１２０Ａを有する指紋センサ部１２０と、指紋センサ部１２０が実装されたフレキシブル基板１３０と、フレキシブル基板１３０に被せて設けられ、検出面１２０Ａに置かれた指が接触可能な金属フレーム１１０と、フレキシブル基板１３０を保持する保持部材１４０とを備えた指紋認証装置１００であって、金属フレーム１１０とフレキシブル基板１３０との間において、指紋センサ部１２０の近傍に設けられ、金属フレーム１１０をフレキシブル基板１３０のグランド電位に接続させる導電性弾性体１５０を備える。

これにより、一実施形態に係る指紋認証装置１００は、金属フレーム１１０をグランド電位へ接続させるために必要なネジ止め部等が不要となるため金属フレーム１１０の面積を小さくでき、且つ、導電性接着剤のように意図せずに広がってしまう等の虞がないため導電性弾性体１５０と指紋センサ部１２０との間のクリアランスを小さくできるため、装置全体のサイズの大型化を抑制することができる。

一実施形態に係る指紋認証装置１００において、保持部材１４０は、突起１４１を有し、金属フレーム１１０は、爪部１１３を有し、爪部１１３が保持部材１４０の突起１４１に固定されることにより、導電性弾性体１５０を圧縮した状態で、保持部材１４０に固定される。

これにより、一実施形態に係る指紋認証装置１００は、導電性弾性体１５０を圧縮した状態を安定的に維持できるため、部品寸法がばらついても金属フレーム１１０のガタが発生することがなく、金属フレーム１１０の固定状態およびグランド電位への接続状態を安定的に維持することができる。

一実施形態に係る指紋認証装置１００において、金属フレーム１１０は、検出面１２０Ａと平行な平面部１１１と、平面部１１１の中央部に形成され、検出面１２０Ａの少なくとも一部を露出させる開口部１１１Ａと、開口部１１１Ａを取り囲むように隆起して設けられた隆起部１１２と、平面部１１１の縁部から下方に延設された複数の爪部１１３とを有し、複数の爪部１１３の各々は、保持部材１４０の側面１４０Ｃおよび下面１４０Ｂに沿って折り曲げられている。

これにより、一実施形態に係る指紋認証装置１００は、金属フレーム１１０を一枚の金属板から絞り工程や曲げ工程等からなる一連のプレス加工で一体成形できるため、部品の製造を容易にすることができる。

一実施形態に係る指紋認証装置１００において、保持部材１４０は、複数の突起１４１を下面１４０Ｂに有し、複数の爪部１１３の各々は、先端部にスリット１１３Ａを有し、当該スリット１１３Ａ内に突起１４１が挿入されて突起１４１がカシメられることにより、突起１４１に固定される。

これにより、一実施形態に係る指紋認証装置１００は、比較的簡単な作業で、別部品を用いることなく金属フレーム１１０を保持部材１４０に固定することができる。また、金属フレーム１１０の固定状態を安定的に維持することができる。

一実施形態に係る指紋認証装置１００において、導電性弾性体１５０は、導電性ウレタン、導電性シリコン、導電性ポリエチレン、および導電性フォームのいずれかである。

これにより、一実施形態に係る指紋認証装置１００は、金属フレーム１１０を固定および接地させるための、好適な導電性および弾性を得ることができる。

また、一実施形態に係る指紋認証装置１００は、指紋センサ部１２０の周囲における対角する２つの位置に設けられた２つの導電性弾性体１５０を備える。

これにより、一実施形態に係る指紋認証装置１００は、金属フレーム１１０をバランスよく安定的に支持することができ、且つ、４つの導電性弾性体１５０を備える構成と比較して、係るコストを抑制することができる。

以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形または変更が可能である。

１００ 指紋認証装置
１１０ 金属フレーム
１１１ 平面部
１１１Ａ 開口部
１１２ 隆起部
１１３ 爪部（被固定部）
１１３Ａ スリット
１２０ 指紋センサ部
１２０Ａ 検出面
１３０ フレキシブル基板（基板）
１３１ 基部
１３２ 折り返し部
１３３ 平面部
１３４ 引き出し部
１３５ 接続部
１３６ 弾性ブロック
１４０ 保持部材
１４０Ａ 支持面
１４０Ｂ 下面
１４０Ｃ 側面
１４１ 突起（固定部）
１４２ 位置決め突起
１５０ 導電性弾性体

Claims (6)

1. 操作者の指の指紋を検出する検出面を有する指紋センサ部と、
   前記指紋センサ部が実装された基板と、
   前記基板に被せて設けられる金属フレームと、
   前記基板を保持する保持部材と
   を備えた指紋認証装置であって、
   前記金属フレームと前記基板との間において、前記指紋センサ部の近傍に設けられ、前記金属フレームを前記基板のグランド電位に接続させる導電性弾性体を備える
   ことを特徴とする指紋認証装置。
2. 前記保持部材は、固定部を有し、
   前記金属フレームは、被固定部を有し、前記被固定部が前記保持部材の前記固定部に固定されることにより、前記導電性弾性体を圧縮した状態で、前記保持部材に固定される。
   ことを特徴とする請求項１に記載の指紋認証装置。
3. 前記金属フレームは、
   前記検出面と平行な平面部と、
   前記平面部の中央部に形成され、前記検出面の少なくとも一部を露出させる開口部と、
   前記開口部を取り囲むように隆起して設けられた隆起部と、
   前記平面部の縁部から下方に延設された複数の前記被固定部と
   を有し、
   複数の前記被固定部の各々は、
   前記保持部材の側面および下面に沿って折り曲げられている
   ことを特徴とする請求項２に記載の指紋認証装置。
4. 前記保持部材は、
   複数の前記固定部を前記下面に有し、
   複数の前記被固定部の各々は、
   先端部にスリットを有し、当該スリット内に前記固定部が挿入されて前記固定部がカシメられることにより、前記固定部に固定される
   ことを特徴とする請求項３に記載の指紋認証装置。
5. 前記導電性弾性体は、導電性ウレタン、導電性シリコン、導電性ポリエチレン、および導電性フォームのいずれかである
   ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の指紋認証装置。
6. 前記指紋センサ部の周囲における対角する２つの位置に設けられた２つの前記導電性弾性体を備える
   ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の指紋認証装置。