JP2000242771A - 指紋認識集積回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 指紋認識システムを集積回路チップ上に構成
でき、非常に小さい指紋認識システムを構成することが
可能な指紋認識集積回路を提供する。 【解決手段】 複数備えられた画素ユニット１０１が、
指紋の形状を検出するためのセンサ回路１０２と、ユー
ザの登録指紋を保持する指紋メモリ１０３と、センサ回
路１０２で検出した指紋データと登録されている指紋デ
ータとの照合を行う指紋認識回路を備え、制御回路１１
１で各画素ユニット１０１の制御および認識結果の集計
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、指紋認識集積回路
に係り、特に、指紋の凹凸を感知するセンサを集積回路
上に複数敷き詰めた指紋センサとして用いられる指紋認
識集積回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】情報化社会の進展と現代社会の環境にお
いて、セキュリティ技術への関心が高まっている。例え
ば、情報化社会では、電子現金化などのシステム構築の
ための本人認証技術が、重要な鍵となってきる。また、
盗難やカードの不正使用の防御策のための認証技術につ
いても研究開発が活発になっているのが実情である（例
えば、清水良真他、個人認証付機能付きＩＣカードに関
する一検討、信学技報、Technical report of IEICE,OF
S92-32,p25-30(1992)）。このような、不正使用防御策
のための認証方式には、指紋や声紋などを利用したもの
が種々あるが、中でも、指紋認証技術については、これ
まで多くの技術開発がなされている。この指紋の認証方
式は、光学的な読み取り方式と人間の電気特性の利用し
て指紋の凹凸を電気信号に置き換えて検出する方式とに
大別される。

【０００３】光学的に読み取る方式は、主に光の反射と
ＣＣＤイメージセンサを用い、指紋を光学像データとし
て取り込み、照合を行う方式である（特開昭６１−２２
１８８３号公報）。他方の方式として、指の指紋の圧力
差を読み取るために圧電薄膜を利用した方式も開発され
ている（特開平５−６１９６５号公報）。また、同じよ
うに、皮膚の接触により生じる電気特性の変化を、電気
信号の分布に置き換えて指紋の形状を検出する方式とし
て、感圧シートを用いて抵抗変化量もしくは容量変化量
による認証方式が提案されている（特開平７−１６８９
３０号公報）。しかしながら、以上の技術において、ま
ず、光を用いた方式は小型化することが難しく、汎用的
に用いることが困難であり、用途が限定されるという問
題がある。次に、感圧シートなどを用いて指の凹凸を感
知する方式は、材料が特殊であることや加工性の難しさ
から、実用化が難しく信頼性に乏しいことが考えられ
る。

【０００４】また、従来の指紋読み取り装置は、指紋認
識装置と分離されており、指紋の形状を検出する指紋セ
ンサは、読みとった指紋データを読み取り装置外に出力
する必要がある。これに対しては、指紋センサの各画素
ユニットが検知したデータを走査し、外部に出力する手
法がある（例えば、田森照彦、特開昭６３−３１００８
７）。しかし、この方法では、１画素ユニットに相当す
るデータ毎に指紋のデータを出力するため、指紋センサ
の画素ユニット数が多くなる場合、全指紋データを出力
するのに多くの時間が必要となってしまう（例えば数
秒）。このように多くの時間がかかる状態では、迅速な
ユーザの指紋認識が困難になってしまうことが考えられ
る。

【０００５】一方、指紋認識においては、指紋センサで
採取された指紋画像を予め登録しておいたユーザの指紋
のデータとの照合が必要である。指紋の照合方法には、
指紋画像の特徴点等を抽出して登録してある特徴点との
比較を行う方法や、指紋画像を登録してある画像と直接
照合する方法などがある。この照合方法を実現するため
に、従来はマイクロプロセッサ等から構成される指紋認
識装置が用いられている。上記の指紋認識の方法では、
特徴点の作成や検索または画像の一致率を検出する等の
計算量の大きい処理が必要であるため、高性能なプロセ
ッサ等が要求され、指紋認識システムを高価な物にして
しまい、ＩＣカードや携帯機器等の安価であることが要
求される物への応用は困難である。

【０００６】これら指紋読み取り装置や指紋認識装置を
用い指紋認識システムを構築する場合、従来の指紋認識
システムは、図１６に示すように、指紋を採取する指紋
読み取り装置３０１、読みとった指紋をユーザの指紋デ
ータが登録されているデータベース３０２内の指紋デー
タと照合して認識結果を出力する指紋認識装置３０３、
この認識結果に基づいて処理を行う処理装置３０４から
構成される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の指紋認識システムにおける構成は、システム全体が
大きなものになってしまい、任意の場所に応用すること
は不可能である。図１６に示した構成では、それぞれの
装置が分離しているため、これらの装置間でのデータ転
送時に情報を改ざんし、不正な認識をおこなうことを可
能にしてしまう。また、図１６の構成では各装置が別に
なっており、システム全体が大きな物となってしまうた
め、ＩＣカードや携帯機器などの小さな物への指紋認識
の搭載は困難である。また、それぞれの装置が分離して
いるため、これらの装置間でのデータ転送時に情報を改
ざんし、不正な認識を行うことが可能になってしまうと
いう問題がある。

【０００８】本発明は、上記の点に鑑みなされたもの
で、指紋認識システムを集積回路チップ上に構成でき、
非常に小さい指紋認識システムを構成することが可能な
指紋認識集積回路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】図１は、本発明の原理構
成図である。本発明（請求項１）は、指紋による凹凸を
電気信号に変換するセンサ回路を有する画素を複数アレ
イ状に敷き詰め、指を接触させることにより該指の指紋
を電気信号として検出するセンサ手段１と、画素毎また
は、該画素のグループ毎に設けられる、予め指紋データ
を登録する指紋メモリ３と、画素毎または、該画素のグ
ループ毎に設けられる、センサ手段から送出された電気
信号と指紋メモリ３の指紋データとの照合を行い、照合
結果を送出する指紋認識手段２と、指紋認識手段の送出
する照合結果を転送するデータバス４と、データバス４
に接続され、該データバス４に送出された照合結果を集
計すると共に、指紋認識手段に書き込み信号を送出する
集計手段５とを有し、集計手段５が画素毎または、画素
のグループ毎に送出された照合結果を集計する。

【００１０】本発明（請求項２）は、センサ手段１にお
いて、指紋メモリまたは、指紋認識手段または、その両
方の上に形成される。本発明（請求項３）は、集計手段
５からの書き込み信号でセンサ手段の出力を保持するレ
ジスタと、レジスタの出力と指紋メモリ３の出力とを照
合し、照合結果をデータバス４に出力する第１の照合手
段からなる第１の認識回路を具備した画素または該画素
のグループをアレイ状に配置し、集計手段５が、データ
バス４を介して返信された照合結果を集計し、指紋の認
識を行う。

【００１１】本発明（請求項４）は、周囲の画素また
は、該画素のグループからの信号とセンサ手段１の出力
を、集計手段５からのセレクト信号により切り替えて出
力するセレクタと、集計手段５からの書き込み信号でセ
レクタの出力を保持し、周囲の画素または、該画素のグ
ループに保持しているデータを出力するレジスタと、該
レジスタの出力と指紋メモリの出力とを照合し、照合結
果をデータバス４に出力する第２の照合手段からなる照
合回路からなる第２の認識回路を具備した画素または画
素のグループをアレイ状に保持したデータを周囲にシフ
トし、集計手段がデータバスを介して送信された照合結
果を集計し、指紋の認識を行う。

【００１２】本発明（請求項５）は、画素または、画素
のグループによるアレイの周囲に、画素または画素のグ
ループと同様に、周囲の画素または、画素のグループか
らの信号を、集計手段５からのセレクタ信号により切り
替えて出力するセレクタと、該集計手段からの書き込み
信号で該セレクタの出力を保持し、周囲の画素または、
画素のグループに保持しているデータを出力するレジス
タとからなるバッファ回路を配置し、シフト動作により
画素または画素のグループから送られてくるデータを保
持する。

【００１３】本発明（請求項６）は、レジスタと指紋メ
モリ３とを接続し、該レジスタを介して指紋メモリ３の
データの読み書きを行う手段を有する。本発明（請求項
７）は、センサ手段１において、接触面を有し、該接触
面の凹凸を静電容量に変換する素子を含む。本発明（請
求項８）は、センサ手段１において、発光回路及び指の
皮膚で反射した該発光回路からの光を受ける受光回路を
含む。

【００１４】本発明（請求項９）は、センサ手段１にお
いて、２つの金属面と、該金属面の間に充填された緩衝
剤とから構成され、指紋の凹凸による緩衝剤の収縮に基
づいて、金属面間の静電容量変化に変換する。本発明
（請求項１０）は、センサ手段１において、２つの金属
面と、該金属面間に充填された緩衝剤とから構成され、
指紋の凹凸に基づいて、緩衝剤の空洞部分を介して、上
層金属面と下層金属面とが接触することにより、２つの
金属面が等電位になるように構成する。

【００１５】本発明（請求項１１）は、センサ手段１と
指紋認識手段２とを配線により結線し、該センサ手段１
と、該指紋認識手段２との間の該配線が、半導体集積回
路の基板上に層間膜を挟んで配置する、上記のように、
本発明は、指紋の凹凸を感知するセンサ手段１を集積回
路上に複数敷き詰め、指紋センサとして用いる。また、
このセンサが採取した指紋を同じ集積回路に混載した指
紋認識手段２で認識し、予め登録しておいた、指紋との
照合を高速に行う。これにより、従来より大幅に小さい
指紋認識システムを構築でき、ＩＣカード等の指紋認識
による認証を取り入れることが可能となる。

【００１６】また、本発明の指紋認識集積回路は、接触
した指の指紋による凹凸を電気信号に変換するセンサ素
子と、このセンサ素子が変換した電気信号を処理して所
定のデータを出力するセンサ回路と、予め指紋による凹
凸を示す指紋データが登録された指紋メモリと、センサ
回路から送出されたデータとこの指紋メモリの指紋デー
タとの照合を行い照合結果を出力する演算回路とを備え
た複数の画素ユニットから構成されたことを特徴とする
指紋認識集積回路。この発明によれば、１つの画素ユニ
ット内で、画素ユニットの部分における指紋の読み取り
から認識までが行える。上記の発明において、演算回路
から出力された照合結果を集計する制御回路を備える。
この制御回路は、集計した各画素ユニットの演算結果を
基に指紋認識結果生成する。

【００１７】上記の発明において、複数の画素ユニット
はマトリクス状に配置されている。上記の発明におい
て、センサ回路から送出されたデータを保持する保持手
段を備え、この保持手段に保持されたデータが演算回路
で処理される。上記の発明において、画素ユニットの保
持手段と指紋メモリとが接続され、保持手段を介して指
紋メモリにデータを書き込まれる。

【００１８】上記の画素ユニットがマトリクス状に配置
される発明の場合、同一画素ユニット内のセンサ回路か
らのデータと周囲の画素ユニットからのデータとが入力
され、所定のデータを選択して出力する画素ユニット毎
に設けられた選択手段と、この選択手段から出力された
データを保持するとともに、このデータを演算回路と周
囲の画素ユニット内の選択手段とに出力する画素ユニッ
ト毎に設けられた保持転送手段とを備え、制御回路は、
選択手段に所定のデータの選択させるセレクト信号を出
力し、保持転送手段に保持しているデータを演算回路と
周囲の画素ユニット内の選択手段へ出力させる書き込み
信号を出力する。

【００１９】上記の発明では、マトリクス状に配置され
た画素ユニットの周囲に配置され、もっとも外側の画素
ユニットから出力されたデータを保持するバッファユニ
ットを新たに備えてもよい。また、バッファユニット
は、最も外側の画素ユニットから出力されたデータと周
囲のバッファユニットから出力されたデータとが入力さ
れ、所定のデータを選択して出力する選択手段と、この
選択手段から出力されたデータを保持するとともに、こ
のデータを最も外側の画素ユニットと周囲のバッファユ
ニットとに出力する保持転送手段とから構成される。

【００２０】上記の発明において、センサ素子は、外部
に露出した接触面を有する接触電極を備え、この接触電
極に発生した静電容量を検出する。また、センサ素子
は、上部電極とこの上部電極に所定距離離間して対向配
置された下部電極とを備え、上部電極と下部電極との間
の容量変化を検出する。また、上部電極と下部電極の間
に、緩衝剤が配置される。また、上部電極と下部電極の
間に、空間が設けられている。また、センサ素子はセン
サ回路の上に配置される。

【００２１】

【発明の実施の形態】図２は、本発明の指紋認識集積回
路の構成を示す。同図に示す構成は、指紋を採取するセ
ンサ回路１０２を集積回路チップ上に形成し、読み取っ
たデータを認識する認識回路１０４、認識する指紋の見
本となる指紋メモリ１０３を同じチップ上に形成するも
のである。また、センサ回路１０２は、大きさ数μｍの
センサ回路を複数並べたものであり、認識回路１０４
は、通常の論理回路で構成された認識を行う回路であ
る。

【００２２】本実施の形態の指紋認識集積回路は、図２
（ａ）に示すように、複数の画素（画素ユニット）１０
１がマトリクス状に配置されて画素ユニットアレイを構
成している。この画素ユニット１０１は、まず、図示し
ていない接触した指の指紋による凹凸を電気信号に変換
するセンサ素子１０２ａとこのセンサ素子１０２ａが変
換した電気信号を処理して所定のデータを出力するセン
サ部１０２ｂからなる指紋の形状を検出するためのセン
サ回路１０２を備える。また、ユーザの登録指紋を保持
する指紋メモリ１０３を備え、そして、センサ回路１０
２で検出した指紋データと登録した指紋データとの照合
を行う認識回路１０４を備え、制御回路（集計装置）１
１１で各画素ユニット１０１の制御および認識結果の集
計を行う。

【００２３】ユーザの登録指紋データは、各画素ユニッ
ト１０１内の指紋メモリ１０３に分割して記憶される。
図２（ａ）の指紋認識集積回路の上に置かれた指の指紋
形状は、全ての画素ユニット１０１の中で、センサ回路
１０２により電気信号に変換される。認識回路１０４
は、センサ回路１０２で変換された指紋形状に関する電
気信号（データ）と、指紋メモリ１０３内の登録指紋デ
ータとを用いて信号処理を行い、認識結果を出力する。

【００２４】各画素ユニット１０１からの認識結果は、
制御回路１１１により集計され、集計した結果を基に、
制御回路１１１は認識結果を生成して外部へ出力する。
上記の処理は同時に超並列的に行うことが可能であり、
並列処理することで認識処理時間の短縮や消費電力の削
減が実現される。また、各画素ユニット１０１内で、一
つの認識回路に対し、複数のセンサ部や指紋メモリを搭
載し、制御回路からの制御信号で各センサ回路及び指紋
メモリを切り替えて用いることで、面積の削減も可能と
する。また、センサ回路が、複数のセンサ素子を備える
ようにしてもよい。

【００２５】上記の画素ユニット１０１は、図２−Ｂ，
図２−Ｃに示すように、指紋メモリ１０３や認識回路１
０４などの認証回路部分とセンサ回路１０２とを、論理
回路層１３０とセンサ層１３１とにわけ、基板１４０上
に重ねて配置することで、画素ユニットの集積度を向上
させることができる。上記の構成では、指紋認識システ
ムを集積回路チップ上に構成でき、非常に小さい指紋認
識システムが実現可能となる。このため、ＩＣカードの
ような小さく薄いもの等、任意の場所に指紋認識システ
ムを組み込むことが可能となる。

【００２６】さらに、センサ回路１０２や認識回路１０
４等が一つの集積回路チップ上にあるため、これらの装
置間のデータ転送時にデータの改ざんが不可能になり、
不正な認識を防ぐことが可能となる。

【００２７】

【実施例】［第１の実施例］本実施例は、図２に基づい
て説明する。図２（ａ）は、センサ回路１０２内のセン
サ回路個々または、数個毎に認識回路１０４や指紋デー
タを保持する指紋メモリ１０３の組を１つの画素（画素
ユニット）に設定するものである。各画素ユニットには
一枚または、複数枚の指紋画像の１画素ユニット分のデ
ータを保持することが可能である。この指紋画像がユー
ザに対する登録指紋データとなり、各画素ユニットで分
散して記憶する。

【００２８】指紋メモリ１０３に集計装置（制御回路）
１１１からメモリセレクト信号を送信し、その信号で指
紋メモリ１０３が出力するデータを切り替えることで複
数のデータを区別して出力することができる。図２
（ｃ）は、基板１４０上に設けられた論理回路装置の上
層のセンサ層に認識回路１０４を設け、さらに、当該論
理回路装置の上層のセンサ層にセンサ回路１０２を搭載
し、１つの画素ユニットに設定するものである。

【００２９】センサ回路１０２と認識回路１０４と指紋
メモリ１０３の組を画素（画素ユニット）と呼び、認識
は画素ユニット毎、あるいは、周囲の画素ユニットとの
協力によって行われる。認識結果は制御回路に送られ、
全体の認識結果が集計される。この構成では、最終集計
以前の処理は、各画素ユニット単位で行われるため、並
列処理が可能となり、全体の認識処理時間を短縮するこ
とが可能である。また、画素ユニットの数を変えること
で、容易に読み取り部の面積を変更したり、読み取りの
解像度を変更したりすることが可能である。図２（ｃ）
に示すように、センサ回路１０２と認識回路１０４等の
論理回路を重ねることにより、面積や消費電力を削減す
ることが可能となる。

【００３０】センサ層に配置するセンサ回路におけるセ
ンサ素子は、図３に示すように、層間絶縁膜２０１上に
配置された接触面を有する接触電極２０２と、接触電極
２０２に接続する配線層２０２ａとから構成され、接触
電極２０２と配線層２０２ａでセンサ回路の一部が構成
されている。接触電極２０２は、画素ユニットユニット
の最表面に配置され、指紋認識対象の指が直接触れ、指
が接触することで発生する静電容量を検知する。接触電
極２０２で検知された信号は、配線層２０２ａで認識回
路に伝搬される。このセンサ素子では、接触電極２０２
の静電容量を測定し、接触面が触れている部分の指紋の
凹凸を検知するものである。図３の構造は非常に単純で
あり、微細化が可能であるため、検知する指紋に対する
データの解像度を向上させることが可能である。

【００３１】［第２の実施例］図４は、本発明の第２の
実施例の指紋認識集積回路の構成を示す。同図に示す指
紋認識集積回路は、指紋の採取から指紋データの照合ま
で行う各画素ユニット１０１として、指紋の形状を検出
するセンサ回路１０２、登録指紋を保持する指紋メモリ
１０３、レジスタ１０５と演算回路（照合回路）１０６
からなり、検出した指紋データと登録した指紋データと
の照合を行う認識回路１０４から構成される。レジスタ
１０５は、センサ回路１０２の出力を保持し、演算回路
１０６は、レジスタ１０５の出力と指紋メモリ１０３の
出力とを照合する。

【００３２】各画素ユニット１０１の演算回路１０６
は、照合の結果データをデータバス１１２に出力し、制
御回路１１１が各画素ユニット１０１の照合結果を集計
する。また、この制御回路１１１は認識回路１０４内の
レジスタ１０５の書き込み信号も発生する。この画素ユ
ニット１０１を複数アレイ状に配置し、制御回路１１１
とデータバス１１２で接続することで、指紋の検出から
認証までを行う指紋認識集積回路が実現される。

【００３３】指紋メモリ１０３の回路構成を図５（ａ）
に示す。指紋メモリ１０３は、単純なインバータ素子に
より実現可能である。同図の回路では、１ビットの指紋
データを保持できるが、この容量を増やすことで、複数
の指や複数の人に対する指紋データを保持することが可
能となる。演算回路１０６の構成を図５に示す。同図に
示す演算回路１０６は、ＡＮＤ素子により実現可能であ
る。

【００３４】ところで、上記では、センサ素子として１
つの接触電極を備えるものを用いるようにしたが、これ
に限るものではない。例えば、図６に示すように、層間
絶縁膜２０１上に発光素子（発光回路）６０２と受光素
子（受光回路）６０３を備え、発光素子６０２と受光素
子６０３は透明な保護膜６０４で保護されている。発光
素子６０２は配線層６０２ａにより発光のための電源が
供給される。また、受光素子６０３は、配線層６０３ａ
により層間絶縁膜２０１の下に配置されている認識回路
（図示せず）に接続している。このセンサ素子は、発光
素子６０２を光源とし、受光素子６０３により指紋の凹
凸を光学的に検出する。

【００３５】同図に示すセンサ素子は、発光素子６０２
が発光し、指の皮膚に反射して、当該センサ素子の上部
の指紋の凹凸を検知するものである。集積回路が形成さ
れたの基板上に層間絶縁膜２０１を挟み、センサ回路１
１１と認識回路１０４間を結ぶ配線が通る２つの配線層
６０２ａ，６０３ａが形成され、この配線を用いて、認
識回路１０４は、発光素子６０２の発光の制御や、各受
光素子６０３の受光強度の測定を行う。発光素子６０２
と受光素子６０３は、透明な保護膜で覆われる。発光素
子６０２が発する光は、保護膜６０４を透過し、指に反
射し、再び保護膜６０４を透過して受光素子６０３に届
く。上記の構成は、センサ回路１１１に対し、非接触で
あり、測定時にセンサ回路１１１の形状を変化させる必
要もないため、信頼性の高いセンサ回路１０２を構成す
ることが可能となる。

【００３６】また、図７に示すように、層間絶縁膜２０
１上に下部電極２０４と下部電極２０４上部に離間して
配置された上部電極２０５とを備えるようにしてもよ
い。なお、上部電極２０５と下部電極２０４との間に
は、緩衝剤２０６が充填され、上部電極２０５上は保護
膜２０７で保護されている。図７のセンサ素子表面（保
護膜２０７表面）に指紋の凹凸が触れると、凹凸の形状
の合わせて緩衝剤２０６が収縮して上部電極２０５がた
わみ、上部電極２０５と下部電極２０４との間隔が変化
する。指紋の凹凸が触れて間隔が変化すれば、下部電極
２０４上に発生している容量も変化する。したがって、
下部電極２０４に発生している容量変化を、配線層２０
４ａを介して下部電極２０４に接続する認識回路で検出
測定することで、このセンサ素子を備えたセンサ回路に
触れている部分の指紋の凹凸を検知することが可能とな
る。

【００３７】上記の構成は、非常に単純であり、微細化
が可能なため、読み込む指紋データの解像度を向上させ
ることが可能である。また、保護膜２０７で保護するこ
とが可能なために金属等に直接触れることがなく、セン
サ素子の劣化を防ぐことが可能である。さらに、保護膜
２０７は不透明でよく、保護膜２０７上への印刷等も可
能である。

【００３８】また、図８に示すように、図７に示したセ
ンサ素子の構成において、下部電極２０４と上部電極２
０５との間の緩衝剤２０６を除去し、下部電極２０４と
上部電極２０５との間に空間２０６ａを備えるようにし
ても同様の効果が得られる。このセンサ素子は、図７に
示すセンサ素子と同様の構成であるが、下部電極２０４
と上部電極２０５との２つの金属面を下部電極２０４上
は空間２０６ａになるように、柔軟な緩衝剤２０６で挟
んだもので、指紋の凸部が触れると、その圧力により緩
衝剤２０６が収縮し、適当な電位の与えられた上部電極
２０５が下部電極２０４に接触し、このとき変化する下
部電極２０４の電位を測定した指紋認識集積回路に触れ
ている指紋の凹凸を検知するものである。

【００３９】集積回路が形成された基板上に層間膜２０
１等を挟み、センサ回路１１１と認識回路１０４とを結
ぶ配線が通る配線層２０４ａが形成され、この配線を用
いて認識回路１０４は、各センサ素子の電位を測定す
る。上記の構成は、非常に単純であり、微細化が可能な
ために読み込む指紋データの解像度を向上させることが
可能である。また、保護膜で保護することが可能である
ため金属等に直接触れることがなく、センサ素子の劣化
を防ぐことができる。さらに、保護膜２０７は不透明で
よく、保護膜２０７への印刷等も可能である。

【００４０】［第３の実施例］次に第３の実施例を説明
する。上記の指紋認識集積回路は、画素ユニットがマト
リクス状に配置された指紋認識領域に指を載せること
で、各画素ユニットごとに、おかれた指の指紋形状と指
紋メモリに格納されているデータとを比較する。指紋認
証領域は、例えば、図９に示すように、指９０１の指紋
がある領域全てを認識対象とするのではなく、指紋があ
る領域の一部の認識対象としている。指紋がある領域全
てを認識対象とすると指紋認識集積回路が大きくなるの
で、指紋認証が可能な範囲で認識対象領域を小さくして
いる。このような背景の中で、指紋メモリに格納されて
いるデータは、指紋認識領域と指との相対的な位置関係
が所定の状態におけるデータが格納されているため、指
紋認識領域に対する指の位置が、指紋メモリに格納され
ているデータによる位置と異なる場合、正しい指紋認証
が行えない。したがって、以降に説明するように、本実
施例３では、検出した指紋データを、上下左右の画素ユ
ニットにシフトするようにした。

【００４１】本実施例の指紋認識集積回路は、図２
（ａ）に示した指紋認識集積回路の各画素ユニット１０
１を図１０に示す構成の画素ユニット１０１ａとし、図
１１に示すように各画素ユニット１０１ａ間を接続し
た。図１０は、本発明の第３の実施例の指紋認識集積回
路の構成を示す。同図に示す構成は、図４に示す認識回
路１０４にセレクタ１０７を付加すると共に、レジスタ
１０５の出力を、上下左右の画素ユニットに渡す構成と
したものである。図１０に示す構成は、第１の実施例に
対し、センサ回路１０２の出力とレジスタ１０５の入力
との間にセレクタ１０７を挿入し、上下左右の他の画素
ユニットらの信号をセレクタ１０７に入力し、レジスタ
１０５の出力を上下左右の画素ユニットに送信するよう
にしたものである。

【００４２】まず、画素ユニット１０１ａの構成に関し
て説明すると、本実施例においては、新たにセレクタ１
０７を設けるようにした。また、センサ回路１０２の出
力される信号（データ）を保持するとともに、このデー
タを上下左右の画素ユニットのセレクタに出力（送信）
するレジスタ（保持転送手段）１０５ａを設けるように
した。したがって、画素ユニット１０１ａのセレクタ１
０７には、センサ回路１０２からの信号とともに、上下
左右の画素ユニットのレジスタの出力が入力される。ま
た、本実施例では、制御回路１１１が、レジスタ１０５
ａに対する書き込み信号に加え、セレクタ１０７に対す
るセレクト信号を出力する。

【００４３】図１０の画素ユニットにおいても、センサ
回路１０２で検出・変換された指紋データは、初期の段
階（指紋の検出段階）において、セレクタ１０７を介し
てレジスタ１０５ａに保持される。この初期の段階で
は、制御回路１１１のセレクト信号により、セレクタ１
０７はセンサ回路１０２からの信号をレジスタ１０５ａ
に接続する。本実施例では、レジスタ１０５ａに指紋デ
ータが保管されると、この後、制御回路１１１がセレク
ト信号でセレクタ１０７制御することで、他の画素ユニ
ットからの指紋データを選択し、選択した指紋データを
レジスタ１０５ａに出力する。

【００４４】この制御回路１１１の制御により、レジス
タ１０５ａは初期の検出段階とは異なり、例えば、左隣
の画素ユニットのセンサ回路が検出した指紋データを保
持する。つまり、制御回路１１１からのセレクト信号に
より、検出したデータが上下左右の画素ユニットにシフ
トされる。したがって、本実施例によれば、初期の段階
で検出した指紋データを、制御回路１１１の制御により
上下左右の所望の方向にシフトすることが可能となる。
このシフトにより、センサ回路１０２で検出した指紋デ
ータの位置と、指紋メモリ１０３に保持された指紋デー
タの位置とのずれを修正することが可能となり、認証率
の向上が図れる。

【００４５】［第４の実施例］

【００４６】次に、本発明の第４の実施例について説明
する。この実施例４の指紋認識集積回路では、マトリク
ス状に配置した画素ユニット１０１ａからなる画素ユニ
ットアレイの周囲に、画素ユニットを延長して配置する
ようにバッファ（バッファユニット）１４１を付加し
た。バッファユニット１４１は、画素ユニットアレイの
再外周に配置された画素ユニット１０１ａに接続されて
いる。バッファユニット１４１は、少なくともシフトす
る回数の最大数の段数を、アレイ（画素ユニットアレ
イ）の周囲に配置することによりシフト動作により溢れ
たデータを全て保持することが可能となる。

【００４７】バッファユニット１４１に関して説明する
と、図１３に示すように、セレクタ１４１ａとレジスタ
１４１ｂからなり、制御回路１１１が発生する各画素ユ
ニットのセレクタに対するセレクタ信号，レジスタに対
する書き込み信号と同様の信号で動作する。このバッフ
ァユニット１０１を画素ユニットによる画素ユニットア
レイの周囲に配置し、画素ユニット同様上下左右に接続
することで、検出指紋データのシフト動作時に、画素ユ
ニットアレイからはみ出してしまうデータを保持するこ
とが可能となり、シフト時のデータ欠落を防ぐことが可
能となる。

【００４８】［第５の実施例］図１４は、本発明の第５
の実施例の指紋認識集積回路の構成を示す。同図に示す
指紋認識集積回路は、前述の第２の実施例の構成におけ
るレジスタ１０５と指紋メモリ１０３を接続したもので
ある。これにより、指紋メモリ１０３内のデータの読み
書きをレジスタ１０５を介して行うことが可能となる、
この実施例５の指紋認識集積回路では、マトリクス状に
配置する各画素ユニット１０１を、図１４に示すよう
に、指紋メモリ１０３とレジスタ１０５を接続した画素
ユニット１０１ｂとした。前述したように、指紋メモリ
１０３には認証のもととなるユーザの登録指紋データが
予め格納されているが、レジスタ１０５と接続すること
で、センサ回路１０２により新たに取り込んだ指紋のデ
ータを、新たに登録指紋データとして格納することが容
易にできるようになる。

【００４９】［第６の実施例］上記の実施例５の指紋メ
モリとレジスタとの接続は、図１０に示した指紋認識集
積回路にも適用でき、図１５に示すように、指紋メモリ
１０３とレジスタ１０５ａとを接続した画素ユニット１
０１ｃとすればよい。そして、セレクタ１０７を備えた
図１５の画素ユニット１０１ｃからなる指紋認識集積回
路では、画素ユニットアレイの中の１つの画素ユニット
に制御回路１１１からのデータ書き込み線を接続すれ
ば、制御回路１１１から新たな登録指紋データを指紋メ
モリに格納することができる。制御回路１１１からのデ
ータ書き込み線を１つの画素ユニットに接続すれば、図
１５の画素ユニットではシフトができるので、このシフ
ト動作を用いて全ての画素ユニットに順次に新たな登録
指紋データを書き込むことが可能となる。なお、本発明
は、上記の実施例に限定されることなく、特許請求の範
囲内で種々変更・応用が可能である。

【００５０】

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、指紋を
採取するセンサ回路を集積回路上に形成し、認識回路、
指紋メモリを同じ集積回路上に形成することにより、指
紋認識システムを集積回路上に構成でき、非常に小さい
指紋認識システムを実現することができる。

【００５１】また、ユーザの登録指紋データの保持、指
紋データの検出、保持したユーザの登録指紋データと検
出データとの照合を行う照合回路を持つ画素（画素ユニ
ット）、または、この画素（画素ユニット）のグループ
からなるアレイを用いることで、指紋データの検出から
認証までを並列・高速に行うことが可能となる。また、
集積回路の基板上に層間膜等を挟み、センサ回路と認識
回路とを挟む配線層を形成して、認識回路がセンサ回路
の容量を測定することにより、単純な構成で微細化を可
能とし、指紋データの解像度を向上させることが可能で
ある。

【００５２】さらに、発光回路が発光し、指の反射に対
して受光回路での受光強度で指紋の凹凸を検知すること
により、センサ回路に対して指を直接接触させないた
め、センサ回路の形状を変化させる必要がなく、高信頼
性のセンサ回路を構成することができる。また、センサ
回路に金属パッドと上層金属の２つの金属面を緩衝剤で
挟むことにより、指が触れると緩衝剤の収縮により、金
属間の距離が変化することにより、指の接触部分の指紋
の凹凸を検知することが可能であり、微細化が可能であ
るため、指紋データの解像度を向上させることができる
と共に、保護膜で保護することで、金属等に直接指が触
れることがなく、センサ回路の劣化を防止できる。

【００５３】また、センサ回路に金属パッドと上層金属
の２つの金属面の間が空洞となるように、緩衝剤２０６
で挟む構成とすることにより、指の接触時における緩衝
剤２０６の収縮による電位の変化を測定することによ
り、指の接触部分の指紋の凹凸を検知することが可能で
あるとともに微細化が可能であり、指紋データの解像度
を向上させることが可能である。さらに、センサ回路、
認識回路、指紋メモリの組を１つの画素（画素ユニッ
ト）とすることにより、並列処理が可能となり、全体の
認識処理時間を短縮することができる、また、画素（画
素ユニット）数を変更することにより、容易にセンサ回
路の面積の変更、解像度の変更が容易になる。

【００５４】本発明では、接触した指の指紋による凹凸
を電気信号に変換するセンサ素子と、このセンサ素子が
変換した電気信号を処理して所定のデータを出力するセ
ンサ回路と、予め指紋による凹凸を示す指紋データが登
録された指紋メモリと、センサ回路から送出されたデー
タとこの指紋メモリの指紋データとの照合を行い照合結
果を出力する演算回路からなる複数の画素ユニットを備
えるようにした。このように構成した結果、この発明に
よれば、１つの画素ユニット内で、画素ユニットの部分
における指紋の読み取りから認識までが行える。したが
って、複数の画素ユニットを同じ半導体集積回路上に形
成することで、指紋認識のためのシステムを１つの半導
体チップ上に構成できるようになる。この結果、この発
明によれば、指紋認識のためのシステムを、ＩＣカード
や携帯機器等の小型機器に安価に搭載できるという優れ
た効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の原理構成図である。

【図２】 本発明の指紋認識集積回路の構成図である。

【図３】 本発明におけるセンサ素子の構成を概略的に
示す断面図である。

【図４】 本発明における画素ユニットの構成を示す構
成図である。

【図５】 本発明における画素ユニットの一部構成を示
す構成図である。

【図６】 本発明におけるセンサ素子の他の構成を概略
的に示す断面図である。

【図７】 本発明におけるセンサ素子の他の構成を概略
的に示す断面図である。

【図８】 本発明におけるセンサ素子の他の構成を概略
的に示す断面図である。

【図９】 本発明の指紋認識装置と指との関係を示す説
明図である。

【図１０】 本発明の他の形態の指紋認識集積回路を構
成する画素ユニットの構成図である。

【図１１】 本発明の他の形態における画素ユニットの
配置構成を示す構成図である。

【図１２】 本発明の他の形態における画素ユニットの
配置構成を示す構成図である。

【図１３】 バッファユニットの構成を示す構成図であ
る。

【図１４】 本発明の他の形態の指紋認識集積回路を構
成する画素ユニットの構成図である。

【図１５】 本発明の他の形態の指紋認識集積回路を構
成する画素ユニットの構成図である。

【図１６】 従来の指紋識別システム構成図である。

【符号の説明】

１…センサ手段、２…指紋認識手段、３…指紋メモリ、
４…データバス、５…集計手段、１０１…画素（画素ユ
ニット）、１０２…センサ回路、１０２ａ…センサ素
子、１０２ｂ…センサ部、１０３…指紋メモリ、１０４
…認識回路、１０５…レジスタ、１０６…演算回路（照
合回路）、１１１…制御回路（集計装置）、１１２…デ
ータバス、１３０…論理回路層、１３１…センサ層、１
４０…基板、２０１…層間絶縁膜、２０２ａ…配線層、
２０２…接触電極、２０４…下部電極、２０５…上部電
極、２０６…緩衝剤、２０６ａ…空間、２０７…保護
膜、６０２…発光素子、６０２ａ，６０３ａ…配線層、
６０３…受光素子、６０４…保護膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０６Ｆ 3/03 ３８０ Ｇ０６Ｆ 15/62 ４６０

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 指紋による凹凸を電気信号に変換するセ
   ンサ回路を有する画素を複数アレイ状に敷き詰め、指を
   接触させることにより該指の指紋を電気信号として検出
   するセンサ手段と、 前記画素毎または、該画素のグループ毎に設けられる、
   予め指紋データを登録する指紋メモリと、 前記画素毎または、該画素のグループ毎に設けられる、
   前記センサ手段から送出された前記電気信号と前記指紋
   メモリの指紋データとの照合を行い、照合結果を送出す
   る指紋認識手段と、 前記指紋認識手段の送出する前記照合結果を転送するデ
   ータバスと、 前記データバスに接続され、該データバスに送出された
   前記照合結果を集計すると共に、前記指紋認識手段に書
   き込み信号を送出する集計手段とを有し、 前記集計手段が前記画素毎または、前記画素のグループ
   毎に送出された前記照合結果を集計することを特徴とす
   る指紋認識集積回路。
2. 【請求項２】 前記センサ手段は、 前記指紋メモリまたは、前記指紋認識手段または、その
   両方の上に形成される請求項１記載の指紋認識集積回
   路。
3. 【請求項３】 前記集計手段からの書き込み信号でセン
   サ手段の出力を保持するレジスタと、該レジスタの出力
   と前記指紋メモリの出力とを照合し、照合結果を前記デ
   ータバスに出力する第１の照合手段からなる第１の認識
   回路を具備した画素または該画素のグループをアレイ状
   に配置し、該集計手段が、該データバスを介して返信さ
   れた照合結果を集計し、指紋の認識を行う請求項１及び
   ２記載の指紋認識集積回路。
4. 【請求項４】 周囲の画素または、該画素のグループか
   らの信号と前記センサ手段の出力を、前記集計手段から
   のセレクト信号により切り替えて出力するセレクタと、
   該集計手段からの書き込み信号で該セレクタの出力を保
   持し、周囲の画素または、該画素のグループに保持して
   いるデータを出力するレジスタと、該レジスタの出力と
   前記指紋メモリの出力とを照合し、照合結果を前記デー
   タバスに出力する第２の照合手段からなる第２の認識回
   路を具備した画素または画素のグループをアレイ状に保
   持したデータを周囲にシフトし、該集計手段が該データ
   バスを介して送信された照合結果を集計し、指紋の認識
   を行う請求項１及び２記載の指紋認識集積回路。
5. 【請求項５】 前記画素または、前記画素のグループに
   よるアレイの周囲に、画素または画素のグループと同様
   に、周囲の画素または、画素のグループからの信号を、
   前記集計手段からのセレクタ信号により切り替えて出力
   するセレクタと、該集計手段からの書き込み信号で該セ
   レクタの出力を保持し、周囲の画素または、画素のグル
   ープに保持しているデータを出力するレジスタとからな
   るバッファ回路を配置し、シフト動作により画素または
   画素のグループから送られてくるデータを保持する請求
   項４記載の指紋認識集積回路。
6. 【請求項６】 前記レジスタと前記指紋メモリとを接続
   し、核レジスタを介して前記指紋メモリのデータの読み
   書きを行う手段を有する請求項３または４記載の指紋認
   識集積回路。
7. 【請求項７】 前記センサ手段は、 接触面を有し、該接触面の凹凸を静電容量に変換する素
   子を含む請求項１及び２記載の指紋認識集積回路。
8. 【請求項８】 前記センサ手段は、 発光回路及び指の皮膚で反射した該発光回路からの光を
   受ける受光回路を含む請求項１及び２記載の指紋認識集
   積回路。
9. 【請求項９】 前記センサ手段は、 ２つの金属面と、該金属面の間に充填された緩衝剤とか
   ら構成され、指紋の凹凸による緩衝剤の収縮に基づい
   て、前記金属面間の静電容量変化に変換する請求項１及
   び２記載の指紋認識集積回路。
10. 【請求項１０】 前記センサ手段は、 ２つの金属面と、該金属面間に充填された緩衝剤とから
    構成され、指紋の凹凸に基づいて、前記緩衝剤の空洞部
    分を介して、上層金属面と下層金属面とが接触すること
    により、２つの金属面が等電位になるように構成する請
    求項１及び２記載の指紋認識集積回路。
11. 【請求項１１】 前記センサ手段と前記指紋認識手段と
    を配線により結線し、該センサ手段と、該指紋認識手段
    との間の該配線が、卓導体集積回路の基板上に層間膜を
    挟んで配置する請求項１及び２記載の指紋認識集積回
    路。
12. 【請求項１２】 接触した指の指紋による凹凸を電気信
    号に変換するセンサ素子と、 このセンサ素子が変換した電気信号を処理して所定のデ
    ータを出力するセンサ回路と、 予め指紋による凹凸を示す指紋データが登録された指紋
    メモリと、 前記センサ回路から送出されたデータとこの指紋メモリ
    の指紋データとの照合を行い照合結果を出力する演算回
    路とを備えた複数の画素ユニットから構成されたことを
    特徴とする指紋認識集積回路。
13. 【請求項１３】 請求項１２記載の指紋認識集積回路に
    おいて、 前記演算回路から出力された照合結果を集計する制御回
    路を備えたことを特徴とする指紋認識集積回路。
14. 【請求項１４】 請求項１３記載の指紋認識集積回路に
    おいて、 前記制御回路は、集計した各画素ユニットの演算結果を
    基に指紋認識結果生成することを特徴とする指紋認識集
    積回路。
15. 【請求項１５】 請求項１２〜１４いずれか１項記載の
    指紋認識集積回路において、 前記複数の画素ユニットはマトリクス状に配置されてい
    ることを特徴とする指紋認識集積回路。
16. 【請求項１６】 請求項１２〜１５のいずれか１項に記
    載の指紋認識集積回路において、 前記センサ回路から送出されたデータを保持する保持手
    段を備え、この保持手段に保持されたデータが前記演算
    回路で処理されることを特徴とする指紋認識集積回路。
17. 【請求項１７】 請求項１６記載の指紋認識集積回路に
    おいて、 前記画素ユニットの保持手段と指紋メモリとが接続さ
    れ、前記保持手段を介して前記指紋メモリにデータを書
    き込まれることを特徴とする指紋認識集積回路。
18. 【請求項１８】 請求項１５〜１７いずれか１項に記載
    の指紋認識集積回路において、 同一画素ユニット内のセンサ回路からのデータと周囲の
    画素ユニットからのデータとが入力され、所定のデータ
    を選択して出力する前記画素ユニット毎に設けられた選
    択手段と、 この選択手段から出力されたデータを保持するととも
    に、このデータを前記演算回路と周囲の画素ユニット内
    の選択手段とに出力する前記画素ユニット毎に設けられ
    た保持転送手段とを備え、 前記制御回路は、前記選択手段に前記所定のデータの選
    択させるセレクト信号を出力し、前記保持転送手段に保
    持しているデータを前記演算回路と周囲の画素ユニット
    内の選択手段へ出力させる書き込み信号を出力すること
    を特徴とする指紋認識集積回路。
19. 【請求項１９】 請求項１８記載の指紋認識集積回路に
    おいて、 前記マトリクス状に配置された画素ユニットの周囲に配
    置され、もっとも外側の画素ユニットから出力されたデ
    ータを保持するバッファユニットを新たに備えたことを
    特徴とする指紋認識集積回路。
20. 【請求項２０】 請求項１９記載の指紋認識集積回路に
    おいて、 前記バッファユニットは、 最も外側の画素ユニットから出力されたデータと周囲の
    バッファユニットから出力されたデータとが入力され、
    所定のデータを選択して出力する選択手段と、この選択
    手段から出力されたデータを保持するとともに、このデ
    ータを前記最も外側の画素ユニットと前記周囲のバッフ
    ァユニットとに出力する保持転送手段とから構成された
    ことを特徴とする指紋認識集積回路。
21. 【請求項２１】 請求項１２〜２０のいずれか１項に記
    載の指紋認識集積回路において、 前記センサ素子は、外部に露出した接触面を有する接触
    電極を備え、この接触電極に発生した静電容量を検出す
    ることを特徴とする指紋認識集積回路。
22. 【請求項２２】 請求項１２〜２１のいずれか１項に記
    載の指紋認識集積回路において、 前記センサ素子は、上部電極とこの上部電極に所定距離
    離間して対向配置された下部電極とを備え、前記上部電
    極と前記下部電極との間の容量変化を検出することを特
    徴とする指紋認識集積回路。
23. 【請求項２３】 請求項２２記載の指紋認識集積回路に
    おいて、 前記上部電極と前記下部電極の間に、緩衝剤が配置され
    たことを特徴とする指紋認識集積回路。
24. 【請求項２４】 請求項２２記載の指紋認識集積回路に
    おいて、 前記上部電極と前記下部電極の間に、空間が設けられた
    ことを特徴とする指紋認識集積回路。
25. 【請求項２５】 請求項１２〜２４いずれか１項に記載
    の指紋認識集積回路において、 前記センサ素子は前記センサ回路の上に配置されたこと
    を特徴とする指紋認識集積回路。