JP2004102771A

JP2004102771A - 指紋読取装置

Info

Publication number: JP2004102771A
Application number: JP2002265246A
Authority: JP
Inventors: Sakae Komatsuzaki; 小松崎　栄
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2002-09-11
Filing date: 2002-09-11
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】指紋認証時のたびに認証しやすい指紋画像が得られ、更には装置本体の大型化を防止できる指紋読取装置を提供する。
【解決手段】本発明の指紋読取装置１は、指先１００が載置される載置面を有し、載置面に載置された指先の指紋を載置面下から読み取るものである。この指紋読取装置１では、前記載置面に、載置面に載置された指先１００の載置位置を検知する位置検知手段としての位置検知部３が設けられている。
【選択図】　　　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被験者の指先の指紋を読み取る指紋指紋装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
指紋は、各個人に特有の模様を呈しているため、各個人の認証をおこなう上で非常に有用な手段である。近年では、指紋を各個人の認証に適用する種々の認証装置が開発されている。具体的に、この認証装置は、指紋読取装置で読み取った被験者の指紋画像を、予め登録された登録者の指紋画像データと照合することにより各個人の認証を行うものであり、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）、携帯電話等の情報機器にも搭載されている。
【０００３】
認証装置に組み込まれる指紋読取装置には、指紋の凹凸と電極との間に蓄積される電荷量を検知することで指紋を読み取る半導体式、指紋の凹凸に光を照射し光の反射量を検知することで指紋を読み取る光学式、指紋の凹凸による圧力を検知することで指紋を読み取る感圧式、指紋の凹凸の温度を検知することで指紋を読み取る感熱式等があり、各方式の指紋読取装置の開発が日々続けられている。
【０００４】
このように、種々の方式を利用した指紋読取装置が開発されてはいるものの、指紋が認証されるたびに、指先が何物にも拘束されずに自由に読取面に載置されるのでは、各回の指紋認証時において、同一の指紋画像が毎回得られるとは限らない。仮に、指紋読取装置の読取面において通常の載置位置からずれた位置に指先が載置された場合には、読み取られた指紋画像と登録済みの指紋画像との間で微妙なずれが生じ、被験者が登録者本人であるにもかかわらず、照合した指紋画像が不一致であるといった結果が出力される可能性がある。
【０００５】
従って、このような不都合を解消するために、指先の載置位置を固定するための固定機構を各方式の指紋読取装置に設けている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−１９８７８５号公報（第２−３頁、第２図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、同公報の技術も含めて固定機構を設けた指紋読取装置においては、固定機構を収容する分だけ装置本体が大型化する。特に、ＰＣ、ＰＤＡ、携帯電話等の小型の情報機器では、このような固定機構により装置本体の大型化は顕著なものとなり、利便性に著しく劣ってしまう。
【０００８】
本発明の課題は、指紋認証時のたびに認証しやすい指紋画像が得られ、更には装置本体の大型化を防止できる指紋読取装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、例えば図１〜図５に示すように、
指先（指先１００）が載置される載置面を有し、前記載置面に載置された指先の指紋を前記載置面下から読み取る指紋読取装置（指紋読取装置１）において、前記載置面には、前記載置面に載置された指先の載置位置を検知する位置検知手段（位置検知部３）が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
請求項１に記載の発明では、載置面に位置検知手段が設けられているから、載置面に載置された指先の載置位置を検知できる。従って、指紋登録時の指先の載置位置を予め検知して登録しておけば、指紋認証時の指先の載置位置を登録時の載置位置へと補正することが可能となる。この場合、指紋認証時のたびに指先の載置位置が登録時の載置位置からずれたとしても、その指紋認証時の載置位置が登録時の載置位置へと補正可能であるから、指紋認証時のたびに常に認証しやすい指紋画像を得ることができる。また、この場合、装置本体に指先を固定するための固定機構を設ける必要がないから、その分だけ装置本体の大型化を防止できる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、例えば図７に示すように、
指先（指先１００）が載置される載置面と、
前記載置面に載置された指先の指紋を前記載置面下から撮像する固体撮像素子と、
前記載置面の所定位置に指先をガイドするガイド機構（ガイド機構７１）と、
を備え、
前記ガイド機構は、
互いに径の異なる略半円筒形状のガイド部材（第一及び第二のガイド部材７１ａ，７１ｂ）を複数重ね合わせた多重構造を有し、複数の前記ガイド部材が重ね合わさる状態と、複数の前記ガイド部材のうち少なくとも一のガイド部材が他のガイド部材から引き出される状態と、に移行自在であることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明において、ガイド機構は、全てのガイド部材が重ね合わさる状態と、少なくとも一のガイド部材が他のガイド部材から引き出される状態とに移行自在であって、伸縮機能を有するものである。従って、指紋認証時においてガイド部材を伸張させることで、被験者の指をガイド機構の主軸に沿ってガイドでき指先を載置面の所定位置へとガイドできる。これにより、被験者の指先は、指紋認証時のたびにガイド機構にガイドされながら載置面の所定位置に載置されるので、指紋の方向がばらつくことが抑えられ、常に同一方向に沿った指紋画像を得ることができる。
【００１３】
また、ガイド機構は、全てのガイド部材が重ね合わさる状態に移行可能であるから、装置本体にガイド機構を設けたとしても装置本体が大型化するのを防止できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。ただし、発明の範囲は図示例に限定されない。
【００１５】
［第一の実施の形態］
図１は、第一の実施の形態に係る指紋読取装置１の概略の正面断面図である。図１に示す通り、指紋読取装置１は、指先１００の指紋を読み取る指紋読取部２と、指先１００の載置位置を検知する位置検知手段としての位置検知部３と、を備える。
【００１６】
まず、指紋読取部２について図２〜図４を参照して説明する。
図２は指紋読取部２の回路構成を示す平面図であり、図３は図２の破断線Ｃ−Ｃで指紋読取部２を破断した断面図である。
【００１７】
図２及び図３に示す通り、指紋読取部２は、光学的にセンシングすることによって、指先１００の凹凸からの反射光又は透過光による光量の差を電気信号に変換する固体撮像素子８と、固体撮像素子８からの電気信号を検知することによって指先１００の指紋画像を取得する撮像回路１０と、撮像回路１０からの制御信号に従って固体撮像素子８を駆動するためのトップゲートドライバ１１、ボトムゲートドライバ１２及びドレインドライバ１３と、可視光線を発する光源１４と、光源１４から発せられた可視光を固体撮像素子８へ導く導光板１５と、を具備する。
【００１８】
固体撮像素子８は、複数のダブルゲート型薄膜トランジスタ（以下、「ＤＧ−ＴＦＴ」という。）２０，２０，…がｎ行×ｍ列（ｎ及びｍはともに自然数である。）のマトリクス状に配列されたものである。各ＤＧ−ＴＦＴは、透明基板１７上に形成されている。
【００１９】
透明基板１７は、透光性（つまり、可視光に対して透過性）及び絶縁性を有する基板であって、石英ガラス等といったガラス基板又はポリカーボネート等といったプラスチック基板である。
【００２０】
導光板１５は、略平板状であり、光源１４に向いた側面及び透明基板１７に向いた表面を除き光反射材で覆われている。光源１４からの光が導光板１５にて面拡散して、導光板１５の表面から面放射した光が透明基板１７の裏面に均等に照射される。なお、導光板１５と光源１４の代わりに、有機ＥＬ素子といった面発光素子を透明基板１７の裏面に対向するように設けてもよい。
【００２１】
図４は、図３の一部を拡大した拡大図である。
図４に示す通り、各ＤＧ−ＴＦＴ２０は、ボトムゲート電極２１と、ボトムゲート絶縁膜２２と、半導体膜２３と、チャネル保護膜２４と、不純物半導体膜２５，２６と、ソース電極２７と、ドレイン電極２８と、トップゲート絶縁膜２９と、トップゲート電極３０と、保護絶縁膜３１とを具備し、これらが積層した構造となっている。
【００２２】
各ＤＧ−ＴＦＴ２０のボトムゲート電極２１は、透明基板１７上に形成されている。また、図２に示す通り、透明基板１７上には横方向に延在するｎ本のボトムゲートライン４１が形成されており、横方向に配列された同一行の各ＤＧ−ＴＦＴ２０のボトムゲート電極２１は、共通のボトムゲートライン４１に導電している。ボトムゲート電極２１及びボトムゲートライン４１は、導電性及び遮光性を有し、例えば、クロム、クロム合金、アルミ若しくはアルミ合金又はこれらの化合物からなる。
【００２３】
図４に示す通り、各ＤＧ−ＴＦＴ２０のボトムゲート電極２１上には共通のボトムゲート絶縁膜２２が形成されている。ボトムゲート絶縁膜２２は、絶縁性及び透光性を有し、例えば、窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。
【００２４】
ボトムゲート絶縁膜２２上には、各ＤＧ−ＴＦＴ２０の半導体膜２３が形成されており、半導体膜２３はボトムゲート電極２１に対向するように配置されている。半導体膜２３はアモルファスシリコン等からなる層である。半導体膜２３上にはチャネル保護膜２４が形成されている。チャネル保護膜２４は、パターニングに用いられるエッチャントから半導体膜２３のチャネル領域での界面を保護する機能を備え、絶縁性及び透光性を有し、例えば窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。半導体膜２３に光が入射すると、光量に従った量の電子−正孔対がチャネル保護膜２４との界面付近を中心に発生する。
【００２５】
半導体膜２３の一端部上には、一部がチャネル保護膜２４に重なるように不純物半導体膜２５が形成されており、半導体膜２３の他端部上には、一部がチャネル保護膜２４に重なるように不純物半導体膜２６が形成されており、不純物半導体膜２５，２６は互いに離間している。不純物半導体膜２５，２６は、ｎ型の不純物イオンを含むアモルファスシリコン（ｎ^＋シリコン）からなる。
【００２６】
不純物半導体膜２５上には、ソース電極２７が形成されている。不純物半導体膜２６上には、ドレイン電極２８が形成されている。
【００２７】
また、図２に示す通り、ボトムゲート絶縁膜２２上には、縦方向に延在するｍ本のソースライン４２及びドレインライン４３が形成されている。縦方向に配列された同一列の各ＤＧ−ＴＦＴ２０のソース電極２７は、共通のソースライン４２に導電している。同様に、縦方向に配列された同列の各ＤＧ−ＴＦＴ２０のドレイン電極２８は、共通のドレインライン４３に導電している。ソース電極２７、ドレイン電極２８、ソースライン４２，４２，…及びドレインライン４３，４３，…は、導電性及び遮光性を有しており、例えばクロム、クロム合金、アルミ若しくはアルミ合金又はこれらの化合物からなる。
【００２８】
図４に示す通り、全てのＤＧ−ＴＦＴ２０，２０，…のチャネル保護膜２４、ソース電極２７及びドレイン電極２８並びにソースライン４２，４２，…及びドレインライン４３，４３，…上には、共通のトップゲート絶縁膜２９が形成されている。トップゲート絶縁膜２９は、絶縁性及び透光性を有し、例えば窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。
【００２９】
トップゲート絶縁膜２９上には、各ＤＧ−ＴＦＴ２０のトップゲート電極３０が形成されている。トップゲート電極３０は、ボトムゲート電極２１及び半導体膜２３に対向するように配設されている。
【００３０】
また、図２に示す通り、トップゲート絶縁膜２９上には、横方向に延在するｎ本のトップゲートライン４４が形成されており、横方向に配列された同一行の各ＤＧ−ＴＦＴ２０のトップゲート電極３０は、共通のトップゲートライン４４に導電している。トップゲート電極３０及びトップゲートライン４４は、導電性及び透光性を有し、例えば錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、亜鉛ドープ酸化インジウム（ＩＺＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる。
【００３１】
図４に示す通り、全てのＤＧ−ＴＦＴ２０，２０，…のトップゲート電極３０上には、共通の保護絶縁膜３１が形成されている。保護絶縁膜３１は、絶縁性及び透光性を有し、例えば窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。保護絶縁膜３１は、トップゲートドライバ１１、ボトムゲートドライバ１２及びドレインドライバ１３も被覆している。なお、保護絶縁膜３１の屈折率は、空気の屈折率より高い。
【００３２】
以上の各ＤＧ−ＴＦＴ２０は、次のような光電変換素子及びＭＯＳ型トランジスタを具備するダブルゲート型フォトセンシング素子である。
光電変換素子は、半導体膜２３、チャネル保護膜２４、ソース電極２７、ドレイン電極２８、トップゲート絶縁膜２９及びトップゲート電極３０から構成され、半導体膜２３に入射した光量に従った電気的特性をもつ。つまり、指先１００との接触面下において半導体膜２３が光の受光部分となって、半導体膜２３への入射光量に従った量のキャリアが半導体膜２３とチャネル保護膜２４との界面近傍に蓄積される。
ＭＯＳ型トランジスタは、半導体膜２３、ソース電極２７、ドレイン電極２８、ボトムゲート絶縁膜２２及びボトムゲート電極２１で構成される。半導体膜２３は、光電変換素子及びＭＯＳトランジスタに共通したチャネル領域として機能する。
【００３３】
図２に示す通り、各ソースライン４２は、一定電圧に保たれており、例えば接地されて０〔Ｖ〕に保たれている。各ボトムゲートライン４１はボトムゲートドライバ１２に接続されている。各トップゲートライン４４は、トップゲートドライバ１１に接続されている。
【００３４】
トップゲートドライバ１１は所謂シフトレジスタである。つまり、トップゲートドライバ１１は、１行目のトップゲートライン４４からｎ行目のトップゲートライン４４の順（ｎ行目に達したら１行目に戻る。）にハイレベルのリセットパルスを出力する。
【００３５】
ボトムゲートドライバ１２は所謂シフトレジスタである。つまり、ボトムゲートドライバ１２は一行目のボトムゲートライン４１からｎ行目のボトムゲートライン４１の順にハイレベルのリードパルスを出力する。
【００３６】
トップゲートドライバ１１がｉ行目（ｉは１〜ｎの何れかの整数。）のトップゲートライン４４にリセットパルスを出力してから、ボトムゲートドライバ１２がｉ行目のボトムゲートライン４１にリードパルスを出力するように、トップゲートドライバ１１及びボトムゲートドライバ１２は出力信号をシフトする。
【００３７】
ドレインドライバ１３は、リセットパルスが出力されてからリードパルスが出力されるまでの間に、全てのドレインライン４３，４３，…に所定レベル（ハイレベル）のプリチャージパルスを出力する。更に、ドレインドライバ１３は、ドレインライン４３，４３，…の電圧を増幅して、撮像回路１０に出力する。
【００３８】
撮像回路１０は、演算処理装置４での指令に従って、ボトムゲートドライバ１２がボトムゲートライン４１に適宜リードパルスを出力するようにボトムゲートドライバ１２に制御信号群Ｂｃｎｔを出力し、トップゲートドライバ１１がトップゲートライン４４に適宜リセットパルスを出力するようにトップゲートドライバ１１に制御信号群Ｔｃｎｔを出力し、ドレインドライバ１３がドレインライン４３に適宜プリチャージパルスを出力するようにドレインドライバ１３に制御信号群Ｄｃｎｔを出力し、またリードパルスが出力されてから所定時間経過後のドレインライン４３，４３，…の電圧を検出したり又はリードパルスが出力されてからドレインライン４３，４３，…の電圧が所定閾値電圧に至るまでの時間を検出したりすることによって、指先１００の光学像（つまり、指紋パターン）の指紋画像を取得する。
【００３９】
なお、撮像回路１０は、指紋読取装置１の外部に設けられた演算処理装置４に接続されている。
【００４０】
次に、位置検知部３について図５を参照して説明する。
図１に示す通り、位置検知部３は上記指紋読取部２の保護絶縁膜３１の上部に設けられている。図５（ａ）は、位置検知部３の具体的な構成を示す断面図であり、図５（ｂ）は位置検知部３を示す平面図である。
【００４１】
図５（ａ）に示す通り、位置検知部３は、ガラス等からなる透明な透明基板５１と、ポリエステル等からなる透明な可撓性の透明フィルム５２と、を備える。透明基板５１と透明フィルム５２は、互いの端部間において接着剤５３により貼り合せられている。
【００４２】
透明基板５１の上部には、図５（ｂ）中においてＸ軸方向に延在する長尺な複数のＸ軸透明電極５４，５４，…が、Ｘ軸と直交するＹ軸方向に所定の間隔をあけて並んで成膜されている。各Ｘ軸透明電極５４は、ＩＴＯ等からなり、透光性及び導電性を有するものである。
【００４３】
透明フィルム５２の下部にも、Ｙ軸方向に延在する長尺な複数のＹ軸透明電極５５，５５，…が、Ｘ軸方向に所定の間隔をあけて並んで成膜されている。各Ｙ軸透明電極５５は、ＩＴＯ等からなり、透光性及び導電性を有するものである。つまり、Ｘ軸透明電極５４とＹ軸透明電極５５とにおいては、各Ｘ軸及びＹ軸透明電極５４，５５が互いに直交した状態で対向しており、位置検知部３を平面視すると各Ｘ軸及びＹ軸透明電極５４，５５がマトリクス状に配置されている。
【００４４】
透明基板５１の上部には、ドット状の透明な複数のスペーサ５６，５６，…が互いに所定間隔をあけた状態で形成されている。これらスペーサ５６，５６，…により、各Ｘ軸及びＹ軸透明電極５４，５５間には、所定量のスペース（間隔）が保たれている。
【００４５】
なお、位置検知部３の各Ｘ軸及びＹ軸透明電極５４，５５は、指紋読取装置１の外部に設けられた演算処理装置４に接続されている。
【００４６】
次に、演算処理装置４について説明する。
演算処理装置４は、図２に示す通り、ＣＰＵ４ａと、ＲＡＭ４ｂと、ＲＯＭ４ｃと、記憶媒体４ｄと、インターフェースと、これらを接続するバス等と、を備える。
【００４７】
ＲＯＭ４ｃには、指紋読取装置１全体を制御するための制御プログラムが格納されている。ＣＰＵ４ａは、ＲＡＭ４ｂを作業領域としてＲＯＭ４ｃに格納された制御プログラムに従った処理を行う。
【００４８】
記憶媒体４ｄには、登録者数分の指紋照合データが格納されている。「指紋照合データ」とは、指紋読取部２によって取得される被験者の指紋画像データが一致するか否かを照合する際に基準となる予め登録された指紋画像データであって、登録者ごとに対応付けられた（つまり、登録者固有のＩＤに対応付けられた）ものである。これら全ての指紋画像データは、指紋の長軸方向が所定の方向に合わせて登録されている。
【００４９】
次に、指紋認証時の指紋読取装置１及び演算処理装置４の作用について説明する。なお、以下の説明では、始めに、指紋読取装置１の指紋読取部２及び位置検知部３についての作用をそれぞれ説明し、その後に演算処理装置４についての作用を説明する。
【００５０】
位置検知部３においては、予めＸ軸透明電極５４とＹ軸透明電極５５とに互いに異なる電圧が印加されている。被験者の指先１００が位置検知部３の透明フィルム５２上に載置されていない状態では、透明フィルム５２は屈曲していないため、Ｘ軸透明電極５４とＹ軸透明電極５５との間で導通しない程度に離間した状態が維持されている。
【００５１】
そして、この初期状態から被験者の指先１００が位置検知部３の透明フィルム５２上に載置されると、透明フィルム５２が撓んで指先１００の押圧を受けた部分のＹ軸透明電極５５がＸ軸透明電極５４に接触し、互いに接触したＸ軸及びＹ軸透明電極５４，５５間で電流が流れ、ＣＰＵ４ａが、その流れる電流等から接触位置に応じて異なる抵抗を検出してＸ軸座標及びＹ軸座標上の指先１００の載置位置を検知する。
【００５２】
図６（ａ）を参照しながら詳しく説明すると、互いに接触したＸ軸及びＹ軸透明電極５４，５５から、載置された指先１００の輪郭に対応するＸ軸座標及びＹ軸座標上の載置位置が、（Ｘ１，Ｙ１），…，（ＸＮ，ＹＮ）（Ｎは自然数である。）のＮ個の座標位置からなるものとして検知される。その後、これらＮ個の各座標位置を示す検知結果は、座標データとして位置検知部３から演算処理装置４へと出力される。
【００５３】
なお、位置検知部３では、指紋認証時前に行われる指紋登録時においても上記と同様の操作が行われており、指紋登録時の指先の載置位置を示す（Ｘ１，Ｙ１），…，（ＸＮ，ＹＮ）（Ｎは自然数である。）のＮ個の座標位置からなる座標データが、指紋照合データの一部として記憶媒体４ｄに格納されている。
【００５４】
指紋読取部２においては、被験者の指先１００が位置検知部３の透明フィルム５２上に載置されて、ＣＰＵ４ａがＸ軸透明電極５４及びＹ軸透明電極５５間に電流が流れたことを検知すると、演算処理装置４から撮像回路１０を介してトップゲートドライバ１１、ボトムゲートドライバ１２及びドレインドライバ１３にそれぞれ制御信号群Ｔｃｎｔ、Ｂｃｎｔ、Ｄｃｎｔが出力され、各ＤＧ−ＴＦＴ２０が駆動される。これと同時に、光源１４から可視光が発せられ、発せられた可視光は導光板１５の面上において均一に発光する。
【００５５】
その後、ｉ行目のトップゲートライン４４にリセットパルスが出力され、ｉ行目の各ＤＧ−ＴＦＴ２０の半導体膜２３とチャネル保護膜２４との界面近傍に蓄積されたキャリアが、トップゲート電極３０の電圧により反発して吐出される。
【００５６】
トップゲートライン４４に対してのリセットパルスの出力が終了すると、指先１００で反射した反射光の光量に応じた量のキャリアが、半導体膜２３とチャネル保護膜２４との界面近傍に蓄積される。
【００５７】
ここで、図４に示す通り、指先１００の凸部１０１は位置検知部３に密接し、指紋の凹部１０２は位置検知部３から離れている。凸部１０１は位置検知部３に密接しているため、導光板１５からの光は凸部１０１に入射し、凸部１０１において反射した反射光はほとんど減衰せずに伝播する（図４中矢印Ａ参照）。
【００５８】
一方、凹部１０２は位置検知部３に密接していないため、導光板１５からの光は凹部１０２に入射し、凹部１０２において反射した反射光は、凹部１０２と位置検知部３の透明フィルム５２の表面との間で減衰してしまう（図４中矢印Ｂ参照）。従って、指先１００の凹凸による指紋パターンに応じた反射光が各ＤＧ−ＴＦＴ２０の半導体膜２３へ入射し、各ＤＧ−ＴＦＴ２０の半導体膜２３への入射光量に応じて蓄積されるキャリアの量が定まる。
【００５９】
次いで、ドレインドライバ１３から全てのドレインライン４３，４３，…にプリチャージパルスが出力される。この際、ｉ行目の各ＤＧ−ＴＦＴ２０のトップゲート電極３０にはリセットパルスが出力されておらず、ボトムゲート電極２１にもリードパルスが出力されていないため、半導体膜２３にｎチャネルが形成されず、プリチャージパルスによってドレイン電極２８に電荷がチャージされる。
【００６０】
プリチャージパルスの出力の終了と略同時にリードパルスがｉ行目のボトムゲートライン４１に出力されると、ｉ行目の各ＤＧ−ＴＦＴ２０のボトムゲート電極２１の電圧によって半導体膜２３にチャネルが形成され、ｉ行目の各ＤＧ−ＴＦＴ２０がオン状態になる。従って、ｉ行目の各ＤＧ−ＴＦＴ２０のドレイン電極２８及びドレインライン４３，４３，…の電圧は、ドレイン−ソース間電流によって時間の経過とともに徐々に低下する傾向を示す。
【００６１】
ここで、半導体膜２３に入射される光量が小さい程、トップゲート電極３０の負電界により半導体膜２３の界面に蓄積されるキャリアのうちの正孔が少なくなり、半導体膜２３の内部の空乏層がより広くなる。そのため、ボトムゲート電極２１にリードパルスが入力されても半導体膜２３がより高抵抗になり、ＤＧ−ＴＦＴ２０ではソース−ドレイン間を流れる電流のレベルが低くなり、所定の期間中のドレインライン４３の電圧の変位が小さい。
【００６２】
逆に、半導体膜２３に入射される光量が多い程、半導体膜２３の界面に蓄積されるキャリアのうちの正孔がより多くなり、ｎチャネルの形成を阻害するためのトップゲート電極３０の負電界が緩和又は相殺され、半導体膜２３の内部の空乏層がより狭くなる。そのため、ボトムゲート電極２１にリードパルスが入力されると半導体膜２３がより低抵抗になり、ＤＧ−ＴＦＴ２０ではソース−ドレイン間を流れる電流のレベルが高くなり、所定の期間中にドレインライン４３の電圧のレベルが大きく変位する。
【００６３】
従って、ドレインライン４３の電圧の変化傾向（変化率）は、指先１００から半導体膜２３に入射した光量に深く関連する。ドレインドライバ１３が、リードパルスが出力されてから所定の時間経過後の各ドレインライン４３の電圧を検出して撮像回路１０に出力することにより又は各ドレインライン４３の所定の閾値電圧に至るまでの時間を検出して撮像回路１０に出力することにより、撮像回路１０は指先１００からの反射光の光量を換算する。
【００６４】
そして、全ての行の各ＤＧ−ＴＦＴ２０にも同等の処理手順が繰り返されることにより、撮像回路１０で指先１００の指紋画像が取得されて、指紋画像がデジタルデータ（指紋画像データ）として撮像回路１０から演算処理装置４へと出力される。
【００６５】
演算処理装置４においては、撮像回路１０からの指紋画像データと位置検知部３からの座標データとが入力され、演算処理装置４は、被験者の指先１００の指紋画像データが予め登録された指紋画像データに実質的に一致するか否かの指紋照合処理を行う。
【００６６】
具体的には、ＣＰＵ４ａは、ＲＯＭ４ｃに格納された制御プログラムに従って、位置検知部３からの座標データを、記憶媒体４ｄに格納された指紋照合データのうちの指紋登録時の座標データへと補正する。つまり、座標データとして示されるＮ個の（Ｘ１，Ｙ１），…，（ＸＮ，ＹＮ）の各座標位置が、指紋登録時の正規の各座標位置からずれている場合に、各座標位置でのずれ量がＣＰＵ４ａにより算出されて、ＣＰＵ４ａは、それらのずれ量を相殺するように、指紋認証時の座標データを指紋登録時の正規の座標データへと一致させる処理を行う。例えば、図６（ｂ）に示すように、指の長軸方向をＹ軸方向に対してずれた方向に向けて指紋を検出してしまった場合、位置検知部３の中央付近の定点Ｐを通る線が指紋の外形ＳＦと重なる二点間の距離を測定することで、検知された指の概ねの長軸方向を算出する。まず、定点Ｐと重なり、隣接する線と互いに角度θで傾いている線Ａ０、Ａ１、Ａ２、…、ＡＫ（ただしＫは２以上の整数）のそれぞれの長さＬ０、Ｌ１、Ｌ２、…、ＬＫを、位置検知部３からの座標データから算出して比較し、最も長いものをＹ軸方向に合うように修正させる。これにより、指紋読取部２で取得された指紋画像は、常に、所定の向きの指紋画像として演算処理装置４に認識されるため、予め登録された指紋画像データと一致させやすくなる。
【００６７】
その後、ＣＰＵ４ａは、ＲＯＭ４ｃに格納された制御プログラムに従って、補正後の指紋画像データが記憶媒体４ｄに格納された指紋照合データに一致するか否かを判定する処理を行い、指紋画像データが指紋照合データと一致した場合に、被験者を登録者として認証する処理を行う。
【００６８】
以上のような指紋読取装置１では、指紋読取部２により指紋画像が得られるが、同時に位置検知部３によっても指先１００の載置位置が検知される。そして、指紋認証時においては、指紋読取部２により取得された指紋画像の位置が、位置検知部３による検知結果に基づいて補正された後に、指紋画像と予め登録された照合用の指紋画像とが照合される。
【００６９】
従って、指紋照合時において、指先１００が指紋登録時とは異なる正規の載置位置からずれた斜めの載置位置に置かれたとしても、指先１００は、指紋登録時と同じ正規の載置位置に置かれたものとして認識され、指紋照合の処理が行われる。これにより、指紋読取装置１では、被験者が同一人である場合において、指紋認証時のたびに常にその被験者から認証しやすい指紋画像を得ることができ、指紋照合率を大幅に向上させることができる。
【００７０】
また、指紋読取装置１では、指紋読取部２で取得した指紋画像の位置が補正されて指紋照合されるから、指先１００を常に所定位置に載置するための固定機構を特に設ける必要も無く、固定機構を設けなくてもよい分だけ指紋読取装置１本体の大型化を防止できる。
【００７１】
なお、本第一の実施形態では、指紋読取部２の光電変換素子としてＤＧ−ＴＦＴ２０が画素ごとに設けられていたが、ＣＣＤ（電荷結合素子）が画素ごとに設けられていてもよいし、ＣＭＯＳイメージセンサが画素ごとに設けられてもよい。そして、ＤＧ−ＴＦＴ２０の場合と同様に、複数のＣＣＤ又は複数のＣＭＯＳイメージセンサに保護絶縁膜が被膜される。ただし、光電変換素子を駆動する周辺ドライバは、素子の種類によって異なる。
【００７２】
また、本第一の実施形態では、固体撮像素子８の表層の保護絶縁膜３１に直接位置検知部３が設けられていたが、固体撮像素子８に対して位置検知部３が離れて設けられてもよい。特に、固体撮像素子８と位置検知部３とが離れている場合には、位置検知部３の透明フィルム５２に載置された指先１００の指紋画像を固体撮像素子８に結像する光学系（例えば、一又は複数のレンズから構成されている。）を固体撮像素子８と位置検知部３との間に配設するとよい。
【００７３】
［第二の実施の形態］
図７（ａ）（ｂ）は、第二の実施の形態に係る指紋読取装置２００を示す概略の側面断面図であり、図７（ｃ）は、指紋読取装置２００を示す正面断面図である。
図７に示す通り、指紋読取装置２００は、指先１００の指紋を読み取る指紋読取部７０と、指紋読取部７０の所定位置に指先１００をガイドするガイド機構７１と、指紋読取部７０を含む各種部材を収容し、表示部７３を有する携帯機器７２と、を具備する。
【００７４】
指紋読取部７０は、第一の実施形態で説明した指紋読取部２と同様のものである。本第二の実施形態では、指紋読取部７０の構成及び作用についての詳細な説明は省略する。
【００７５】
表示部７３は、液晶パネル等のディスプレイパネルで構成され、携帯機器７２に設けられた図示しないキーボードの操作結果や指紋読取部７０での認証結果等を表示する機能を有している。
【００７６】
ガイド機構７１は、指紋読取部７０を覆うように携帯機器７２上に形成され、第一のガイド部材７１ａと、第二のガイド部材７１ｂとを備える。図８は、ガイド機構７１の各ガイド部材７１ａ，７１ｂの概観を示す斜視図である。
【００７７】
図８に示す通り、各ガイド部材７１ａ，７１ｂは、両端が開口した略半円筒体であって、一方の端部から他方の端部に向かって先細になるテーパ形状を有するものである。第一のガイド部材７１ａの外径は、第二のガイド部材７１ｂの内径よりも小さく形成されており、第一のガイド部材７１ａの大径側の外径と第二ガイド部材７１ｂの小径側の内径とは、略同様の径に形成されている。これにより、第一のガイド部材７１ａの上部又は上方に第二のガイド部材７１ｂを重ね合わせることができる。
【００７８】
図７（ａ）（ｂ）に示す通り、第一のガイド部材７１ａが携帯機器７２において指紋読取部７０の上部に設けられ、第二のガイド部材７１ｂが第一のガイド部材７１ａの上に重なっている。つまり、ガイド機構７１は、第一のガイド部材７１ａの上に第二のガイド部材７１ｂが重なった二重構造を有している。
【００７９】
図７（ｂ）に示す通り、第二のガイド部材７１ｂは、携帯機器７２に支持された状態で前後に移動可能であり、第一のガイド部材７１ａから引き出されたり、第一のガイド部材７１ａに重ね合わせたりすることができる。これにより、ガイド機構７１は伸縮機能を具備する。
【００８０】
なお、第二のガイド部材７１ｂと携帯機器７２との間には、図示略のロック機構が設けられており、第二のガイド部材７１ｂが、第一のガイド部材７１ａから最も引き出された状態又は第一のガイド部材７１ａに重ね合わせられた状態では、第二のガイド部材７１ｂはその位置でロックされ、所定量以上の外力が加わらない限り、第二のガイド部材はその位置から移動しない。指紋認証時以外の場合において、例えば、表示部７３を視認するときは、図７（ｂ）に示すように、第二のガイド部材７１ｂは第一のガイド部材７１ａに重ね合わせられ、露出した表示部７３が、携帯機器７２の上方から視認可能となっている。そして、指紋認証時は、図７（ａ）に示すように、第二のガイド部材７１ｂが引き出されると、表示部７３が隠れるようになっている。
【００８１】
次に、指紋認証時の指紋読取装置２００の作用について説明する。
第二のガイド部材７１ｂが第一のガイド部材７１ａから引き出され、第一のガイド部材７１ａに対して第二のガイド部材７１ｂが最大に引き出された位置で、第二のガイド部材７１ｂは携帯機器７２にロックされる。
【００８２】
その後、被験者の指先１００が、第二のガイド部材７１ｂの内部に挿通され、更に第一のガイド部材７１ａの内部にも挿通されて、第一のガイド部材７１ａ及び第二のガイド部材７１ｂに沿って指紋読取部７０の読取面７０ａ（図４に示す保護絶縁膜３１）上の所定位置に載置される。
【００８３】
このとき、第二のガイド部材７１ｂは、第一のガイド部材７１ａでは覆いきれない部分の指先１００をガイドし、指先１００が指紋読取部７０の読取面７０ａの所定位置に向かうようにガイドしている。
【００８４】
その後、第一の実施形態に説明したように、指紋読取部７０によって指先１００の指紋画像が得られ、指紋読取装置２００での処理が終了する。なお、指紋読取装置２００での処理が終了したら、第二のガイド部材７１ｂは、第一のガイド部材７１ａから突出していて邪魔なので、ロックを解除して元の状態に戻すとよい。
【００８５】
以上のような指紋読取装置２００では、指先１００は、ガイド機構７０によりガイドされながら指紋読取部７０の所定位置に載置される。従って、指紋認証時のたびに、指先１００は所定位置にガイドされ、常に、認証しやすい指紋画像を得ることができる。
【００８６】
また、ガイド機構７１は、各ガイド部材７１ａ，７１ｂからなる二重構造を有した伸縮機能を具備するから、指紋認証時のみ第二のガイド部材７１ｂを第一のガイド部材７１ａから引き出し、それ以外では第二のガイド部材７１ｂを第一のガイド部材７１ａに重ね合わせて収納すればよく、指紋読取装置２００本体が大型化するのを防止できる。
【００８７】
更に、ガイド機構７１は、上記の通り、各ガイド部材７１ａ，７１ｂからなる二重構造を有した伸縮機能を具備するから、ガイド機構７１そのものをコンパクトかつ簡単な設計で実現できる。
【００８８】
なお、本第二の実施形態では、第一のガイド部材７１ａが、携帯機器７２に略固定される状態を維持する構成であったが、第一のガイド部材７１ａも第二のガイド部材７１ｂと同様に前後に移動可能な構成としてもよい。
【００８９】
また、本第二の実施形態では、ガイド機構７１は、各ガイド部材７１ａ，７１ｂからなる二重構造を有した構成であったが、第二のガイド部材７１ｂの外径よりも大きい内径を有するガイド部材を一つ又は複数設けて、更なる多重構造を有する構成としてもよい。
【００９０】
また、本第二の実施形態では、ガイド部材７１ｂは、指紋読取時では表示部７３を覆ったが、指紋読取時に図示しないキーボードを覆い、指紋読取時以外は、キーボードを露出するようしてもよい。
【００９１】
【発明の効果】
本発明によれば、指紋認証時のたびに認証しやすい指紋画像を得ることができ、更には装置本体の大型化をも防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一の実施の形態に係る指紋読取装置を示す概略断面図である。
【図２】指紋読取部の回路構成を示す平面図である。
【図３】図２の破断線Ｃ−Ｃで指紋読取部を破断した断面図である。
【図４】図３の一部を拡大した図面である。
【図５】位置検知部を示す（ａ）断面図（ｂ）平面図である。
【図６】位置検知部により検知される指先のＸ軸座標及びＹ軸座標上の各位置を示す座標データを説明するための図面である。
【図７】第二の実施の形態に係る指紋読取装置を示す（ａ）（ｂ）概略断面図（ｃ）正面断面図である。
【図８】各ガイド部材の斜視図である。
【符号の説明】
１００　　　指先
１，２００　　　指紋読取装置
２，７０　　　指紋読取部
３　　　位置検知部（位置検知手段）
４　　　演算処理装置
８　　　固体撮像素子
５４　　　Ｘ軸透明電極
５５　　　Ｙ軸透明電極
７１　　　ガイド機構
７１ａ　　　第一のガイド部材
７１ｂ　　　第二のガイド部材

Claims

指先が載置される載置面を有し、前記載置面に載置された指先の指紋を前記載置面下から読み取る指紋読取装置において、
前記載置面には、前記載置面に載置された指先の載置位置を検知する位置検知手段が設けられていることを特徴とする指紋読取装置。
指先が載置される載置面と、
前記載置面に載置された指先の指紋を前記載置面下から撮像する固体撮像素子と、
前記載置面の所定位置に指先をガイドするガイド機構と、
を備え、
前記ガイド機構は、
互いに径の異なる略半円筒形状のガイド部材を複数重ね合わせた多重構造を有し、複数の前記ガイド部材が重ね合わさる状態と、複数の前記ガイド部材のうち少なくとも一のガイド部材が他のガイド部材から引き出される状態と、に移行自在であることを特徴とする指紋読取装置。