JPH09245149A

JPH09245149A - 指紋検出装置

Info

Publication number: JPH09245149A
Application number: JP8051981A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Henmi; 和弘逸見
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-03-08
Filing date: 1996-03-08
Publication date: 1997-09-19
Anticipated expiration: 2016-03-08
Also published as: US5940525A; JP3590184B2

Abstract

(57)【要約】【課題】複雑な光学系を用いずに被認証者の指紋を二次
元画像信号として検出することができる指紋検出装置を
提供する。【解決手段】平行に配列された複数の線状電極１と、複
数の線状電極１の相互間に線状電極１の長さ方向に沿っ
て配列された複数の点状電極２と、複数の線状電極１に
各々接続された第１のアナログスイッチ群４と、線状電
極１を二つ挟んで隣接している複数の点状電極２にそれ
ぞれ共通接続された第２のアナログスイッチ群９，１０
と、隣接する線状電極１と点状電極２に第１のアナログ
スイッチ群４を介して直列に接続される基準抵抗Ｒref
と電圧源Ｖｏとを有し、第１および第２のアナログスイ
ッチ群４，９，１０を切り替えて、被認証者の指が接触
することによる隣接した線状電極１および点状電極２の
間の抵抗値を順次測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被認証者の指紋を
二次元画像信号として検出する指紋検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、重要な施設の入退室管理等を目的
として、被認証者が予め登録されている個人かどうかを
識別して認証を行う個人認証装置への関心が高まってき
ている。このような個人認証装置において、個人を識別
するために指紋を検出する方法が知られている。従来か
ら指紋検出装置として様々な方式が提案されているが、
最も多いものは光学的手法により指紋を二次元画像信号
として検出する方式である。このような光学的指紋検出
方式として、次の三つの方式が代表的なものとして知ら
れている。

【０００３】第一の方式は、例えばプリズム等の透明体
の表面に被認証者の指を接触させ、光源から出射した光
を透明体の別の面から入射させて、指が接触した面で全
反射した光を結像レンズを用いて集光して撮像素子上に
結像することによって指紋画像を読み取る方式であり、
全反射方式と呼ばれている。

【０００４】第二の方式は、同様の光学系を用いて、指
紋の凸部で散乱された光のみを結像レンズで集光し撮像
素子上に結像して指紋画像を読み取る方式であり、光路
分離（散乱）方式と呼ばれている。

【０００５】第三の方式は、光源から出射した光をコン
デンサレンズで集光し、ミラーによって光路を曲げて透
明体の表面と被認証者の指との接触面に対して微小な光
スポットとして照射して、ミラーを透明体と平行の面内
で移動させて指表面を光スポットで走査し、指表面から
の反射散乱光をミラーを通して光センサに入射して光電
変換することによって二次元の指紋画像を得る方式であ
り、スキャニング方式と呼ばれている。

【０００６】しかし、上述したような三つの方式の指紋
検出装置は、いずれも光源、プリズムおよびレンズ等の
光学部品からなる光学系のサイズが大きくなり、指紋検
出装置全体が大きくなってしまうという問題があった。
特に、スキャニング方式は、光を微小スポットに絞り込
むための光学系と、光スポットによる走査機構とがさら
に必要であり、これらは光学的あるいは機械的に複雑
で、かつ高い精度を必要とするため、指紋検出装置全体
がさらに大きく、しかも高価なものとなってしまう。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、光学
的に指紋を二次元画像信号として検出する従来の指紋検
出装置においては、光源、プリズムおよびレンズ等の光
学部品を用いて構成される光学系が大きくなり、指紋検
出装置全体が大きくなってしまうという問題があった。

【０００８】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
で、複雑な光学系を用いずに被認証者の指紋を二次元画
像信号として検出することができる指紋検出装置を提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明に係る指紋検出装置は、平行に配列された複数の
線状電極と、少なくとも複数の線状電極の相互間にこの
線状電極の長さ方向に沿って配列された複数の点状電極
と、複数の線状電極および複数の点状電極に被認証者の
指が接触することによる隣接した線状電極と点状電極と
の間の抵抗値を測定して指紋画像を検出する検出手段と
を有する。

【００１０】このように構成された指紋検出装置におい
ては、線状電極および点状電極で二次元のマトリクス状
に配列された抵抗値検出画素が形成される。従って、こ
れら複数の線状電極および点状電極に被認証者の指を接
触させて、各検出画素である隣接する線状電極と点状電
極との間の抵抗値を測定することによって、従来のよう
に複雑な光学系を用いることなく、被認証者の指紋を二
次元画像信号として検出することができる。

【００１１】本発明の一つの態様による指紋検出装置で
は、複数の点状電極を線状電極を二つ挟んで隣接するも
の同士電気的に共通接続する複数の共通接続線が用いら
れ、検出手段では複数の線状電極に各々接続された第１
のアナログスイッチ群および複数の共通接続線に各々接
続された第２のアナログスイッチ群を含み、これら第１
および第２のアナログスイッチ群を切り替えることによ
って、複数の線状電極および複数の点状電極に被認証者
の指が接触することによる隣接した線状電極と点状電極
との間の抵抗値を順次測定して指紋画像を検出する。

【００１２】このようにすると、点状電極の全てにアナ
ログスイッチを接続する場合に比べて、アナログスイッ
チの数が低減されるので、指紋検出装置全体を小型化す
ることができる。

【００１３】検出手段は、例えば隣接した線状電極と点
状電極に第１または第２のアナログスイッチ群を介して
直列に接続される基準抵抗および基準電源を有し、この
基準抵抗の電圧降下を測定することで抵抗値を検出す
る。

【００１４】このように構成された指紋検出装置では、
抵抗値を測定するために隣接した線状電極および点状電
極を第１および第２のアナログスイッチ群によって選択
すると、共通接続線を介して共通接続されている複数の
点状電極が同時に選択されることになるが、これらの点
状電極は互いに線状電極を二つ挟んで配列されているこ
とから、互いの距離は抵抗値を測定すべき隣接した電極
間の距離に対して十分大きく、正確な抵抗値を測定する
妨げとはならない。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態に係
る指紋検出装置の概略構成を示す図である。図１に示す
ように、複数の線状電極１および複数の点状電極２によ
ってセンサ部３を構成している。センサ部３は、ここに
被認証者の指が接触されたときの隣接する線状電極１と
点状電極２との間の抵抗値を測定するためのものであ
り、本実施形態ではこれらの隣接電極間で８×８のマト
リックス状に配列された抵抗値検出画素が構成されてい
る。

【００１６】線状電極１は、このマトリクスの配列ピッ
チ（以下、測定ピッチ）の倍のピッチで平行に配列され
ている。点状電極２は、図１でセンサ部３のＸ方向にお
いては線状電極１の長さ方向に沿って８つを一群として
測定ピッチと同じピッチで一列に配列され、Ｙ方向にお
いては線状電極１の相互間に測定ピッチの倍のピッチで
配列されている。

【００１７】線状電極１の幅と配列ピッチおよび点状電
極２の縦横の大きさ等は、測定ピッチか指紋を構成する
凹凸のピッチ（個人差があるが通常〜０．５ｍｍ程度）
以下となるように設定される。例えば、測定ピッチを
０．２ｍｍにする場合、線状電極１の幅は０．１ｍｍ、
線状電極１の配列ピッチは０．４ｍｍ、点状電極２の縦
横の大きさは０．１ｍｍ、点状電極２間の距離は０．１
ｍｍとすればよい。

【００１８】なお、実用的には６４×６４程度のマトリ
ックスが必要となり、例えば測定ピッチを０．２ｍｍと
した場合、センサ部は１２．８ｍｍ×１２．８ｍｍの面
積となる。

【００１９】線状電極１および点状電極２は、共通の絶
縁性基板の表面に形成された導電性薄膜からなり、これ
らの材料としては例えばＣｕ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔあるい
はＰｄのような人体の皮膚から出る汗等の体液に侵され
にくい導電性材料が用いられる。また、基板の材料とし
ては、例えばガラスエポキシなどのプリント基板材料、
セラミック、絶縁被覆を施した金属薄板などが用いられ
る。

【００２０】線状電極１は、第１のアナログスイッチ群
４の一端にそれぞれ接続され、第１のアナログスイッチ
群４の他端は基準抵抗Ｒref の一端に共通接続されて、
基準抵抗Ｒref の他端は電圧源Ｖｏのプラス端子に接続
され、電圧源Ｖｏのマイナス端子は接地されている。電
圧源Ｖｏは、隣接電極間に接触した指の抵抗と基準抵抗
Ｒref との直列回路に基準電圧を印加するためのもので
ある。

【００２１】アナログスイッチ群４はカウンタ５の出力
をデコードするデコーダ６の出力によって制御される。
カウンタ５およびデコーダ６は、クロック信号ＣＫ１に
同期してアナログスイッチ群４を上端（Ａ１行）から下
端（Ａ４行）に向かって一つずつ順に切り替えてオン状
態とするようなシーケンス制御を行う。

【００２２】点状電極２は、センサ部３のＸ方向におい
ては各々が電気的に独立であり、Ｙ方向においては上端
から奇数番目（Ｂ１行、Ｂ３行、Ｂ５行）同士および偶
数番目（Ｂ２行、Ｂ４行）同士が、それぞれ複数の共通
接続線７および８によって電気的に共通接続されてい
る。共通接続線７および８は、それぞれ第２のアナログ
スイッチ群９および１０の一端に接続され、第２のアナ
ログスイッチ群９および１０の他端は接地されている。

【００２３】アナログスイッチ群９，１０は、それぞれ
カウンタ１１，１３の出力をデコードするデコーダ１
２，１４の出力によって制御される。これらカウンタ１
１，１３およびデコーダ１２，１４は、それぞれクロッ
ク信号ＣＫ２，ＣＫ３に同期してアナログスイッチ群
９，１０を左端から右端に向かって一つずつ順に切り替
えてオン状態とするようなシーケンス制御を行う。

【００２４】次に、図２を参照して本実施形態による指
紋画像の測定原理について説明する。図２は、図１中の
センサ部３の一部を拡大して示した図であり、図１中の
第１および第２のアナログスイッチ群４，９，１０は省
略されている。同図に示されるように、線状電極１およ
び点状電極２に被認証者の指が押しつけられると、隣接
電極間に指紋凸部２０が入り込んで密着する。一般に指
紋凸部２０には汗口が存在しており、汗口からは常に導
電性イオンを微量含んだ水分（汗）を放散している。そ
のため、指紋凸部２０の直下に位置している隣接電極間
には、それぞれ放散水分によって導電経路が形成される
ため、これらの隣接電極間における抵抗値は低下する。
ここで、隣接電極間の抵抗をＲｘとすると、基準抵抗Ｒ
ref の両端には次式で示される電位差Ｖが生ずる。

【００２５】Ｖ＝Ｒref ・Ｖｏ／（Ｒref ＋Ｒｘ）本実施形態では、この電位差Ｖを電極間抵抗値の変化と
して順次読み取ることによって指紋画像を検出する。す
なわち、図１に示したアナログスイッチ群４，９，１０
をクロック信号ＣＫ１，ＣＫ２，ＣＫ３によって切り替
えると共に、これらの切り替えと同期して例えばサンプ
ルホールド回路により電位差Ｖを順次検出することで、
被認証者の指紋を二次元画像として検出する。

【００２６】以下、本実施形態の動作について図３に示
されるタイミングチャートを参照して具体的に説明す
る。今、センサ部３に被認証者の指を接触させた状態
で、クロック信号ＣＫ１，ＣＫ２，ＣＫ３がそれぞれ入
力されることを考える。なお、本実施形態においてはカ
ウンタ６，１２，１４は、それぞれクロック信号ＣＫ
１，ＣＫ２，ＣＫ３の立ち上がりでカウントアップが行
われるものとする。

【００２７】時刻ｔ１において本実施形態の動作が開始
すると、まずクロック信号ＣＫ１，ＣＫ２が入力され
る。クロック信号ＣＫ１によってカウンタ５およびデコ
ーダ６を介して第１のアナログスイッチ群４が切り替え
られ、センサ部３におけるＡ１行の線状電極が選択状態
となる。一方、クロック信号ＣＫ２によってカウンタ１
１およびデコーダ１２を介して第２のアナログスイッチ
群９が切り替えられ、上端から奇数番目（Ｂ１行、Ｂ３
行、Ｂ５行）で左端の点状電極が選択状態となり、この
ときの基準抵抗Ｒref の両端の電位差Ｖが検出される。
従って、まずセンサ部３におけるＡ１行の線状電極とＢ
１行の点状電極の左端との間の抵抗値が測定される。

【００２８】続いて時刻ｔ２までは、Ａ１行の線状電極
の導通状態は変わらずに、クロックＣＫ２が入力される
ことによって、カウンタ１１およびデコーダ１２を介し
て第２のアナログスイッチ群９が順に切り替えられ、Ｂ
１行、Ｂ３行およびＢ５行の点状電極がそれぞれ順に選
択状態となり、センサ部３におけるＡ１行の線状電極と
Ｂ１行の点状電極との間の抵抗値が左端から右端に向か
って順次測定される。

【００２９】時刻ｔ２から時刻ｔ３においては、Ａ１行
の線状電極の選択状態は変わらずに、クロック信号ＣＫ
３が入力されることによってカウンタ１３およびデコー
ダ１４を介して第２のアナログスイッチ群１０が順に切
り替えられ、上端から偶数番目（Ｂ２行およびＢ４行）
の点状電極がそれぞれ順に選択状態となり、センサ部３
におけるＡ１行の線状電極とＢ２行の点状電極との間の
抵抗値が左端から右端に向かって順次測定される。

【００３０】時刻ｔ３から時刻ｔ４においては、まずク
ロック信号ＣＫ１およびＣＫ３が入力され、続いてクロ
ック信号ＣＫ３が順次入力される。クロック信号ＣＫ１
が入力されることによってカウンタ５およびデコーダ６
を介して第１のアナログスイッチ群４が切り替えられ、
センサ部３におけるＡ２行の線状電極が選択状態とな
る。また、第２のアナログスイッチ群１０は、時刻ｔ２
から時刻ｔ３において右端から左端まで切り替えられた
ため、時刻ｔ３直後にクロック信号ＣＫ３が続けて入力
されることによって、カウンタ５およびデコーダ６を介
して再び左端から右端に向かって順に切り替えられる。
従って、Ｂ２行、Ｂ４行の点状電極がそれぞれ順に選択
状態となり、センサ部３におけるＡ２行の線状電極とＢ
２行の間の抵抗値が順次測定される。

【００３１】以下同様にして、クロック信号ＣＫ１，Ｃ
Ｋ２，ＣＫ３によってアナログスイッチ群４，９，１０
が切り替えられることによって、各隣接電極間の抵抗値
が順次測定され、被認証者の指紋を８×８のマトリック
スの二次元画像として検出することができる。

【００３２】ところで、上述したように、点状電極２は
上端から奇数番目（Ｂ１行、Ｂ３行、Ｂ５行）同士は共
通接続線７によって共通接続され、偶数番目（Ｂ２行、
Ｂ４行）同士は共通接続線８によって共通接続されてい
るので、アナログスイッチ群９および１０が切り替えら
れた場合、共通接続されている点状電極は同時に選択状
態となる。

【００３３】このため、例えばセンサ部３におけるＡ１
行の線状電極とＢ１行の点状電極の間の抵抗値を測定す
る場合、Ｂ１行の点状電極と同時にＢ３行およびＢ５行
の点状電極２もそれぞれ導通状態となり、測定すべき接
電極間の抵抗値と共にＡ１行の線状電極とＢ３行および
Ｂ５行の点状電極との間の各抵抗値も同時に測定してい
ることになる。

【００３４】このとき測定される合成抵抗Ｒの値は、Ａ
１行の線状電極とＢ１行、Ｂ３行、Ｂ５行の点状電極２
との間の抵抗値をそれぞれＲ１，Ｒ３，Ｒ５とすると、
次式で表される。

【００３５】１／Ｒ＝（１／Ｒ１）＋（１／Ｒ３）＋（１／Ｒ５）ここで、センサ部３に被認証者の指紋凸部が接触するこ
とによって生じる単位面積あたりの抵抗値の変化は、同
一人物の指の表面内ではほぼ一定であると仮定すると、
Ｒ３を測定する電極間の距離はＲ１のそれの５倍、Ｒ５
を構成する電極間の距離はＲ１のそれの１３倍となるた
め、Ｒ３は少なくとも５×Ｒ１以上、Ｒ５は１３×Ｒ１
以上となる。従って、合成抵抗Ｒの値は上の式から最大
でも１．０９２×Ｒ１となり、測定される抵抗値はほぼ
Ｒ１のみの値とみなすことができるため、正確な指紋画
像を検出するための妨げとはならない。これは、他の点
状電極とそれに隣接する線状電極との間の抵抗値の測定
においても同様である。

【００３６】このように本実施形態によれば、線状電極
１および点状電極２によってマトリクス状に配列された
検出画素の抵抗を順次測定することで、二次元の指紋画
像を検出するため、従来のように光源、プリズム、レン
ズ等の複雑な光学系を用いる必要がなく、構造および周
辺回路が非常に簡易化でき、指紋検出装置全体の小型
化、軽量化、低コスト化等が実現できる。また、指紋検
出装置全体を薄型に実装することも可能になり、例えば
ＩＣカード等へ応用することができる。

【００３７】なお、線状電極を用いずにマトリクス状に
配列された点状電極のみで指紋を二次元画像として検出
することも可能である。これは、例えば本実施形態と同
様に検出画素を８×８のマトリクス状に構成する場合、
図１中の線状電極をそれぞれ８個の点状電極に置き換え
ることに相当する。図１中で点状電極は８×５＝４０個
あるので、この場合の点状電極の総数は４０＋３２＝７
２個となる。ここで、この置き換えた点状電極にそれぞ
れアナログスイッチを接続したとすると、第２のアナロ
グスイッチ群９および１０を構成するアナログスイッチ
と合わせて、１６＋３２＝４８個のアナログスイッチが
必要となり、その総数が非常に多くなってしまい、指紋
検出装置全体の小型化、低コスト化の点で劣ることにな
る。このような問題は、マトリクス数を増やそうとする
とより顕著になる。

【００３８】これに対し、本実施形態においては、線状
電極１および点状電極２を用い、この点状電極２のうち
上端から偶数番目同士および奇数番目同士をそれぞれ共
通接続して、それぞれ第２のアナログスイッチ群９およ
び１０に接続することによって、アナログスイッチの総
数を大幅に減らすことができる。具体的には、電極間を
ｎ×ｎのマトリクスで構成する場合、アナログスイッチ
の総数は２ｎ＋ｎ／２個になる。

【００３９】図４は、本実施形態を個人認証装置に適用
した場合の構成を示すブロック図である。この個人認証
装置は、指紋検出部４１、特徴抽出部４２、信号処理部
４３、および照合部４４を有している。

【００４０】ここで指紋検出部４１は、図１中の線状電
極１、点状電極２、第１および第２のアナログスイッチ
群４，９，１０、カウンタ５，１１，１３、デコーダ
６，１２，１４、基準抵抗Ｒref および電圧源Ｖｏを有
している。

【００４１】この個人認証装置では、まず指紋検出部４
１において被認証者の指紋を二次元画像信号として検出
する。次に特徴抽出部４２において検出された二次元画
像信号に基づいて指紋の特徴を抽出し、信号処理部４３
において特徴抽出部４２の出力に対して例えばフィルタ
リング処理、アナログ−ディジタル変換等を行って被認
証者の特徴パターン（以下、照合用データ）を出力す
る。そして照合部４４においてこの照合用データと予め
登録されている特徴パターンとを比較して、被認証者が
予め登録されている個人かどうかを判定して、その判定
結果を出力する。なお、上記実施形態においては基準電
源として電圧源Ｖｏを用いる場合について説明したが、
この代わりに電流源を用いるようにしてもよい。

【００４２】

【発明の効果】以上述べたとおり、本発明によれば、複
雑な光学系を用いずに被認証者の指紋を二次元画像信号
として検出することができる指紋検出装置が提供され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る指紋検出装置の概略
構成を示す図

【図２】同実施形態の測定原理を説明するための図

【図３】同実施形態におけるタイミングチャート

【図４】同実施形態を個人認証装置に適用した場合の構
成を示すブロック図

【符号の説明】

１…線状電極２…点状電極３…センサ部４，９，１０…アナログスイッチ群５，１１，１３…カウンタ６．１２．１４…デコーダＲref …基準抵抗Ｖｏ…電圧源ＣＫ１，ＣＫ２，ＣＫ３…クロック信号Ｒｘ…隣接電極間の抵抗２０…指紋凸部４１…指紋検出部４２…特徴抽出部４３…信号処理部４４…照合部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平行に配列された複数の線状電極と、少なくとも前記複数の線状電極の相互間に該線状電極の
長さ方向に沿って配列された複数の点状電極と、前記複数の線状電極および前記複数の点状電極に被認証
者の指が接触することによる隣接した線状電極と点状電
極との間の抵抗値を測定して指紋画像を検出する検出手
段とを有することを特徴とする指紋検出装置。
【請求項２】平行に配列された複数の線状電極と、少なくとも前記複数の線状電極の相互間に該線状電極の
長さ方向に沿って配列された複数の点状電極と、前記複数の点状電極を前記線状電極を二つ挟んで隣接す
るもの同士電気的に共通接続する複数の共通接続線と、前記複数の線状電極に各々接続された第１のアナログス
イッチ群および前記複数の共通接続線に各々接続された
第２のアナログスイッチ群を含み、これら第１および第
２のアナログスイッチ群を切り替えることによって、前
記複数の線状電極および複数の点状電極に被認証者の指
が接触することによる隣接した線状電極と点状電極との
間の抵抗値を順次測定して指紋画像を検出する検出手段
とを有することを特徴とする指紋検出装置。
【請求項３】前記検出手段は、前記隣接した線状電極と
点状電極とに前記第１または第２のアナログスイッチ群
を介して直列に接続される基準抵抗および基準電源を有
し、該基準抵抗の電圧降下を検出することによって前記
抵抗値を測定することを特徴とする請求項２に記載の指
紋検出装置。