JP2019008780A - 生物学的特徴を検出するための装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】生物学的特徴を検出して生物学的特徴情報を取得する生物学的特徴検出装置を提供する。【解決手段】生物学的特徴検出装置は、静電容量式タッチパネルと制御回路とを含む。静電容量式タッチパネルは、信号送信線と信号受信線とを含む。信号送信線の第1ピッチ又は信号受信線の第2ピッチは、生物学的特徴の最小中心間隔と等しいかそれよりも大きい。制御回路は、2組の信号送信線を介して送信される第1及び第2充電/放電信号に応答して2組の信号受信線を介して第1及び第2電圧信号を受信し、第1及び第2電圧信号に応じた特性値を生成する。信号送信線と信号受信線の異なる組み合わせに対応する多くの特性値が生成され、これにより、生物学的特徴情報を表す特性値行列が形成される。【選択図】なし
Description
本発明は、生物学的特徴を検出するための装置及び方法に関し、より詳細には、指紋を検出するための装置及び方法に関する。
近年、本人認証のために指紋認証がモバイル機器に広く適用されている。例えば、この技術はモバイル決済の安全性を高めるために用いられており、モバイル機器には指紋認証モジュールが必要である。集積回路技術は、高解像度で指紋画像を得るのに有利である狭ピッチセンサユニットを提供することができるので、指紋認証モジュールは、通常集積回路(IC)チップ内に組み込まれている。指紋画像の解像度は、少なくとも指紋画像の稜線の大部分を区別可能にする必要があるため、二次元静電容量センサユニットのピッチ(中心間距離)は50μm以下である。線幅はピッチよりも小さいので、細い線の抵抗が高く、静電容量センサユニットの電気的特性が満足されない。さらに、静電容量検出機能を有するICチップのサイズは、指紋領域をカバーするのに十分な大きさでなければならない。大型のICチップは生産コストを増加させる。そのため、競争力のある製品を提供するためにコストを削減するために、より小さいICチップが依然として採用されている。しかしながら、このような静電容量センサユニットは、指紋全体の画像を得るには小さすぎる。従って、迅速かつ正確な指紋認証は、より小さいICチップを採用しつつ、追加の複雑な技術を必要とする。高解像度な指紋全体の画像を低コストで迅速かつ容易に取り込むことが望まれている。
本開示は、隣接する2つの相対極値の間の最小の中心間隔を有する不均一な表面を有する生物学的特徴を検出することによって生物学的特徴情報を取得するための生物学的特徴検出装置を提供する。生物学的特徴検出装置は、静電容量式タッチパネルと、この静電容量式タッチパネルに電気的に接続された制御回路とを含む。生物学的特徴を有する目的物に接近又は接触される静電容量式タッチパネルは、M本の信号送信線とN本の信号受信線とを含む。M本の信号送信線の第1ピッチ又はN本の信号受信線の第2ピッチは、前記最小の中心間隔と同じかそれよりも大きい。制御回路は、第1充電/放電信号及び第2充電/放電信号の位相がずれている特定期間中、前記M本の信号送信線の中から選択された2組の信号送信線を介して、第1充電/放電信号及び第2充電/放電信号をそれぞれ送信し続け、前記特定期間中、前記第1充電/放電信号及び前記第2充電/放電信号に応答して、前記N本の信号受信線の中から選択された2組の信号受信線を介して、第1電圧信号及び第2電圧信号を受信し、前記第1電圧信号及び前記第2電圧信号に従って、前記2組の信号送信線及び前記2組の信号受信線によって規定される隣接領域に対応する特性値を生成し、生物学的特徴情報を表す特性値行列を形成するために、M本の信号送信線とN本の信号受信線との異なる組み合わせによって規定される異なる複数の隣接領域に対応する複数の特性値を生成するように、上記3つのステップを繰り返し実行する。
本開示は、隣接する2つの相対極値の間の最小の中心間隔を有する不均一な表面を有する生物学的特徴を検出することによって生物学的特徴情報を取得するための静電容量式タッチパネルと共に用いられる生物学的特徴検出方法を提供する。静電容量式タッチパネルは、M本の信号送信線とN本の信号受信線とを含み、M本の信号送信線の第1ピッチ又はN本の信号受信線の第2ピッチは、前記最小の中心間隔と同じかそれよりも大きい。この生物学的特徴検出方法は、第1充電/放電信号及び第2充電/放電信号の位相がずれている第1期間中、前記M本の信号送信線の中から選択された2組の信号送信線を介して、第1充電/放電信号及び第2充電/放電信号をそれぞれ送信し続けるステップと、前記第1期間中、前記第1充電/放電信号及び前記第2充電/放電信号に応答して、前記N本の信号受信線の中から選択された2組の信号受信線を介して、第1電圧信号及び第2電圧信号を受信するステップと、前記第1電圧信号及び前記第2電圧信号に従って、前記2組の信号送信線及び前記2組の信号受信線によって規定される隣接領域に対応する第1特性値を生成するステップと、生物学的特徴情報を表す第1特性値行列を形成するために、M本の信号送信線とN本の信号受信線との異なる組み合わせによって規定される異なる複数の隣接領域に対応する複数の第1特性値を生成するように、上記3つのステップを繰り返し実行するステップと、を含む。
本開示は、以下の詳細な説明及び添付図面を検討した後、当業者にとってより容易く明らかになるであろう。
図1Aは、本開示に係る生物学的特徴検出装置を示す概略図である。
図1Bは、本開示に係る生物学的特徴検出装置の静電容量式タッチパネルを示す回路図である。
図2A及び2Bは、本開示に係る検出方法の実施形態のステップを示すフローチャートである。
図3Aは、図2A及び図2Bの検出方法で動作される図1の静電容量式タッチパネルの一部を示す概略図である。
図3Bは、図2A及び図2Bに示された検出方法に関連する信号を示す波形図である。
図4A〜4Dは、3×3パターン行列の例を示す概略図である。
図5は、本開示の一実施形態に係る複数の制御チップによって制御される静電容量式タッチパネルを概略的に示す機能ブロック図である。
図6は、本開示の別の実施形態に係る複数の制御チップによって制御される静電容量式タッチパネルを概略的に示す機能ブロック図である。
図7は、本開示の更なる実施形態に係る複数の制御チップによって制御される静電容量式タッチパネルを概略的に示す機能ブロック図である。
図8は、本開示に係る生物学的特徴検出装置の他の実施形態を示す概略図である。
図9は、本開示に係る別の検出方法で動作される図1の静電容量式タッチパネルの一部を示す概略図である。
図10は、本開示に係る別の検出方法に関連する信号を示す波形図である。
図11は、本開示に係る生物学的特徴検出装置の比較回路のさらなる実施形態を示す概略図である。
図12A〜12Cは、静電容量式センサアレイが可撓性基板に適用されている、本開示に係る静電容量式タッチパネルを示す概略図である。
図13Aは、静電容量式センサアレイがガラス基板上に形成されている、本開示に係る静電容量式タッチパネルを示す断面図である。
図13B〜13Eは、図13Aの静電容量式タッチパネルの各層の構造を示す上面図である。
図14は、本開示に係る検出方法によって得られた人間の指紋画像を示す概略図である。
図15A〜15Cは、本開示に係る検出方法に用いられる走査ウインドウを例示する概略図である。
図16は、本開示に係る静電容量式タッチパネルの信号受信線及び補助信号受信線の配置を示す概略図である。
図17A及び17Bは、指紋の基本的な特性を示す模式図である。
図18は、本発明の一実施形態に係る静電容量式タッチパネルの信号線の配置を示す概略図である。
図19は、不鮮明な部分を有する人間の指紋画像を示す概略図である。
本開示について、以下の実施形態を参照しつつ、より詳細に説明する。以下の本発明の好ましい実施形態の説明は、例示及び説明のみを目的として提示されていることに留意されたい。開示された正確な形態が全てを網羅するものでも、これに限定されることを意図するものではない。
本開示に係る生物学的特徴検出装置を示す概略図である図1Aを参照する。いわゆる生物学的特徴は、物体の粗い表皮であり、特異性を有する。なお、本明細書では、実施形態において人間の指紋を例に挙げているが、本開示の生物学的特徴は人間の指紋に限定されない。本開示は、静電容量式センサアレイ90を含む静電容量式タッチパネルを提供する。静電容量式センサアレイ90は、第1電極群901(M本の信号送信線を含む)と、第2電極群902(N本の信号線を含む)を含む。第1電極群901及び第2電極群902は、それぞれ送信電極及び受信電極として機能し、逆もまた同様である。第1電極群901又は第2電極群902は、静電容量式センサアレイ90に電気的に接続された制御回路91によって制御される駆動方式に基づいて、送信電極及び受信電極のいずれかとして機能する。生物学的特徴検出装置の動作中、認識又は識別されるべき生物学的特徴を有する目的物、例えば人間の指紋が、静電容量式センサアレイ90を有する静電容量式タッチパネルに接近又は接触する。
指紋は、人間の指の不均一又は不規則な表皮及び深度分布を生成する稜線で構成される。***部分は稜線と呼ばれ、窪んだ部分は谷と呼ばれる。指紋画像の一例を図14に示す。稜線1398と谷部1399がそれぞれ符号付けされている。稜線1398及び谷1399は、指表面がタッチ面に接近又は接触しているときに静電容量式タッチパネルのタッチ面から異なる距離にある。静電容量式タッチパネルは、距離の変化に基づいて、静電容量式センサアレイ90上の静電容量分布を検出し、指紋に対応する生物学的特徴情報を取得することができる。稜線と谷は相対極値とみなすことができる(極大と極小は総称して局所的な極値として知られている)。隣接する任意の2つの極大又は極小の間には、中心間隔(ピッチ)が存在する。中心間隔の最小値は、静電容量式センサアレイ90の信号線のピッチを決定する。従来の検出装置では、認識精度をさらに高くするために、静電容量式センサアレイの信号線のピッチを、指紋を明瞭に認識するための中心間隔の最小値よりもさらに小さくする必要がある。本開示は、従来技術とは全く異なるものを教示する。M本の信号送信線のうち隣接する2本の信号送信線の間に第1ピッチが存在し、N本の信号受信線のうち隣接する2本の信号受信線の間に第2ピッチが存在する。第1ピッチ及び第2ピッチの少なくとも一方は、中心間隔の最小値と等しいかそれよりも大きい。もちろん、両方のピッチが中心間隔の最小値と等しいかそれよりも大きいという条件を適用することもできる。なお、本明細書に記載された指紋パターンは、視覚画像に限定されない。例えば、指紋パターンは、パラメータと指紋に対応する位置との関係を示す数値で表すことができる。
本開示によれば、第1電極群901のピッチ(中心間距離)及び/又は第2電極群902のピッチは、150μm乃至200μmの範囲である。50μmのピッチを有する従来の静電容量式センサアレイと比較して、本開示の二次元センサユニットの線幅は、より良好な電気的特性を提供するために50μmよりも大きくなるように設計されている。このような線幅範囲内で静電容量式センサアレイを製造する限りでは、半導体プロセス又はその他の高価なリソグラフィは必要とされない。そのため、本開示は、近年の印刷法は100μm程度の線幅に対応できるため、印刷可能な導電性インク(銀ペースト、導電性カーボンインク、銀カーボンペーストなど)を用いた印刷法などのより安価な方法を採用することができる。さらに、第1電極群901及び第2電極群902は、フレキシブル基板の両面に印刷してフレキシブルプリント回路(FPC)を形成することができる。静電容量式センサアレイを埋め込むための大型の半導体ICチップを準備する必要はない。その結果、製造コストが大幅に低減される。また、静電容量式センサアレイは、カード等の可撓性シートに集積されていてもよく、半導体ICチップと同様に割れにくい。
指紋を検出する検出方法は、以下のステップを含む。制御回路91は、所定期間、静電容量式センサアレイ90のM本の信号送信線の中から選択された2組の信号送信線を介して、第1充電/放電信号及び第2充電/放電信号をそれぞれ送信する。第1充電/放電信号と第2充電/放電信号は位相がずれている。そして、制御回路91は、N本の信号受信線の中から選択された2組の信号受信線を介して第1電圧信号と第2電圧信号をそれぞれ受信する。制御回路91は、4組の信号線によって規定される隣接領域に対応する1つの特性値を生成して出力する。信号線の異なる組合せによって規定される異なる隣接領域に対応して上記3つのステップを繰り返した後、複数の特性値が生成されて、生物学的特徴情報を表す特性値行列が形成される。この実施形態では、特性値行列は指紋パターンを表す。この検出方法により得られた指紋パターン(又は指紋画像)において、指紋のそれぞれの稜線とそれぞれの谷とを区別して高品質の指紋認証を行うことができる。
生物学的特徴検出装置の静電容量式タッチパネルの電気回路が概略的に示されている図1Bを参照する。図示されたように、M本の信号送信線11〜1MとN本の信号受信線21〜2Nがそれぞれ垂直及び水平に配置され、信号線(すなわち、M本の信号送信線11〜1MとN本の信号受信線21〜2N)によって規定される隣接領域にM×N本のコンデンサC11〜Cmnが形成される。本実施形態における隣接領域は、選択された2本の信号送信線と選択された2本の信号受信線の交差領域である。他の実施形態では、信号送信線及び信号受信線は単層構造を形成し、隣接領域は2本の選択された信号送信線及び選択された2本の信号受信線によって囲まれた周辺を含む。人間の指の稜線/谷がコンデンサC11〜Cmnの1つに近接するか、又は人間の指の稜線/谷がコンデンサC11〜Cmnの1つと物理的に接触すると、コンデンサの容量変化が生じる。本開示の検出方法によれば、コンデンサは約100fF〜10pFの容量で効果的に機能することができる。このことは、本開示が、1〜5pFでのみ有効に機能することができる従来技術と比較して、かなりの改善を達成することを示す。制御回路91は、基本的に、充電/放電信号生成部190と、電圧信号処理部180とを含む。充電/放電信号生成部190は、充電/放電信号を生成するようにM本の信号送信線11〜1Mと電気的に接続され、信号処理部180は、信号受信線21〜2Nから受信された電圧信号を受信して処理するように、N本の信号受信線21〜2Nに電気的に接続されている。従来の検出方法を改善するために、生物学的特徴検出装置と共に使用される検出方法が提供され、そのステップは、図2A及び図2Bのフローチャートに示されている。
図2A及び図2Bに示すように、ステップ101において、充電/放電信号生成部190は、M本の信号送信線11〜1Mの中から選択された少なくとも2組の信号送信線を介して、第1充電/放電信号及び第2充電/放電信号をそれぞれ送信する。また、電圧信号処理部180は、N本の信号受信線の中から選択された少なくとも2組の信号受信線を介して、第1充電/放電信号及び第2充電/放電信号に応答して生成された第1電圧信号及び第2電圧信号をそれぞれ受信する。ステップ101は、第1期間中に実行される。例えば、2組の信号送信線は、隣接する2本の信号送信線12,13であり、2組の信号受信線は、隣接する2本の信号受信線22,23である。第1充電/放電信号は、0Vから3Vに上昇する充電信号であってもよく、第2充電/放電信号は、3Vから0Vまで降下する放電信号であってもよい(図3B参照)。第1充電/放電信号と第2充電/放電信号とは位相がずれており、この例では逆相である。隣接する2つの信号受信線22,23からそれぞれ受信された第1電圧信号と第2電圧信号は、図1Bに示す比較回路18において比較され、第1電圧信号と第2電圧信号との比較結果に応じて、第1電圧差値又は第1電圧差値に相当する第1関数値が生成され、出力端子VOを介して出力される。例えば、第1関数値は、同じ極性を有するけれども第1電圧差値に対して非線形であり、別の比較方法又は回路によって得られる。あるいは、第1関数値は、第1充電/放電信号及び第2充電/放電信号のレベルを調整することによる第1電圧差値から導かれる。詳細は後述する。
次に、ステップ102において、充電/放電信号生成部190は、少なくとも2組の信号送信線を介して第3充電/放電信号及び第4充電/放電信号をそれぞれ送信する。また、電圧信号処理部180は、第3充電/放電信号及び第4充電/放電信号に応答して生成された第3電圧信号及び第4電圧信号を少なくとも2組の信号受信線を介してそれぞれ受信する。ステップ102は、第1期間以外の第2期間中に実行される。少なくとも2組の信号送信線は、隣接する2本の信号送信線12,13であり、少なくとも2組の信号受信線は、隣接する2本の信号受信線22,23である。第3充電/放電信号は、3Vから0Vに降下する放電信号であってもよく、第4充電/放電信号は、0Vから3Vまで上昇する充電信号であってもよい(図3B参照)。第3充電/放電信号と第4充電/放電信号とは位相がずれており、この例では逆相である。第3電圧信号及び第4電圧信号も、隣接する2本の信号受信線22,23からそれぞれ受信され、図1Bに示す比較回路18において比較され、第3電圧信号と第4電圧信号との比較結果に応じて、第2電圧差値又は第2電圧差値に相当する第2関数値が生成され、出力端子VOを介して出力される。例えば、第2関数値は、同じ極性を有するけれども第2電圧差値に対して非線形であり、別の比較方法又は回路によって得られる。あるいは、第2関数値は、第3充電/放電信号及び第4充電/放電信号のレベルを調整することによる第2電圧差値から導かれる。詳細は後述する。
次に、ステップ103において、電圧信号処理部180は、第1電圧差値又はその等価関数値と第2電圧差値又はその等価関数値に応じて、4組の信号線の隣接領域に等価コンデンサの特性値を生成する。本実施形態では、等価コンデンサの特性値は、隣接する信号送信線12,13と隣接する信号受信線22,23の交差領域に対応する。例えば、コンデンサC22の特性値は、第1電圧差値又は第2関数値(SIC:第1関数値)から第2電圧差値又は第2関数値を減算した値である。
電圧信号処理部180は、信号送信線と信号受信線との異なる組み合わせ、例えば隣接する信号送信線と隣接する信号受信線に対してステップ101〜103を繰り返し、複数の特性値を生成して出力し、それによって特性値行列A[p,q]が得られる。その後、特性値行列A[p,q]を用いて、静電容量式タッチパネル上の1つ又は複数の近接/接触点の位置情報を推定することができ、それぞれの近接/接触点は、人間の指紋(又は他の生物学的特徴)の稜線(***部分)が静電容量式パネルに接近又は接触した部分である。ステップ104において、全ての位置又は全てのあらかじめ設定された位置の対応する特性値が得られると、この方法はステップ105に進む。
ステップ105において、特性値行列A[p,q]のデータパターンに基づいて、静電容量式タッチパネル上の1つ又は複数の近接/接触点の位置情報が推定される。近接/接触点は、人間の指紋(又は他の生物学的特徴)の稜線(***部分)が静電容量式タッチパネルに接近又は接触する位置である。ステップ105は、電圧信号処理部180を含む制御回路チップ内で実行することができる。あるいは、特性値行列A[p,q]は、静電容量式タッチパネルに接続された情報システム、例えばノートブック型コンピュータ、タブレット型コンピュータ、スマートフォンなどに送信することができる。この例では、ステップ105は情報システム内で実行される。
以下、上記の技術の詳細について、図3A及び図3Bを参照して説明する。但し、本開示は以下の実施例に限定されるものではない。上述した実施例では、検出行程は隣接する2本の信号送信線と2本の信号受信線とで検出を必要としているので、4本の信号線(例えば、隣接する2本の信号送信線と隣接する2つの信号受信線)によって規定される交差領域をカバーする走査ウインドウ200が静電容量式タッチパネル上を移動して走査するものと仮定する。走査ウインドウ20(SIC:200)が信号線X0、X1、Y0、Y1によって規定される交差領域をカバーするように移動し、近接/接触点が走査ウインドウ200の右上隅の信号線X1とY0との交差位置1に位置している場合、ステップ101及びステップ102で得られた第1電圧差値及び第2電圧差値は、それぞれ+ΔV及び−ΔVとなる。従って、ステップ103で得られた特性値(すなわち、第1電圧差値から第2電圧差値を差し引いた値)は+2ΔVとなる。もう一つの例では、近接/接触点は走査ウインドウ200の右下隅の信号線X1とY1との交差位置2に位置し、ステップ101及びステップ102で得られた第1電圧差値と第2電圧差値は、それぞれ−ΔV及び+ΔVとなる。従って、ステップ103で得られた特性値(すなわち、第1電圧差値から第2電圧差値を差し引いた値)は−2ΔVとなる。さらに他の例では、近接/接触点は走査ウインドウ200の左下隅の信号線X0とY1との交差位置3に位置し、ステップ101及びステップ102で得られた第1電圧差値と第2電圧差値は、それぞれ+ΔV及び−ΔVとなる。従って、ステップ103で得られた特性値(すなわち、第1電圧差値から第2電圧差値を差し引いた値)は+2ΔVとなる。同様に、近接/接触点は走査ウインドウ200の左上隅の信号線X0とY0との交差位置4に位置し、ステップ101及びステップ102で得られた第1電圧差値と第2電圧差値は、それぞれ−ΔV及び+ΔVとなる。従って、ステップ103で得られた特性値(すなわち、第1電圧差値から第2電圧差値を差し引いた値)は−2ΔVとなる。
図3Aに示すように、近接/接触点が走査ウインドウ200の外側の位置5、6、7、8のいずれかに位置する場合、ステップ101〜103で得られた特性値は、それぞれ対応する位置1、2、3又は4と同じ極性を有するが、絶対値はそれらよりも小さい。
また、図3Aに示すように、近接/接触点が走査ウインドウ200の外側の位置9−1にある場合、ステップ101で得られた第1電圧差値とステップ102で得られた第2電圧差値は、信号送信線上の充電/放電信号が十分に強いことを条件として、共に0となる。従って、ステップ103で第1電圧差値から第2電圧差値を差し引いて得られた特性値は0となる。さらに他の例では、図3Aに示すように、近接/接触点は走査ウインドウ200の外側の位置9−2に位置し、ステップ101で得られた第1電圧差値とステップ102で得られた第2電圧差値は、それぞれ−ΔV及び−ΔVとなるので、ステップ103で第1電圧差値から第2電圧差値を差し引いて得られた特性値は0となる。信号線X0、X1、Y0、Y1によって規定される交差領域にウインドウ20が位置している場合には、その隣接領域内に近接/接触点が存在しないか、又は近接/位置4−1、4−2、4−3のいずれかであり、ステップ101〜103で得られた特性値は0となる。
このように、2×2本の信号線で規定された走査ウインドウ200が静電容量式タッチパネル全体を走査するように移動した後、複数の特性値を格納した特性値行列A[p,q]が生成され、各特性値はそれぞれ1つの走査ウインドウの位置に対応する。各特性値は、正の数、負の数又はゼロの何れかであり、単純に符号+、−又は0で表すことができる。
ステップ105において、次に、特性値行列A[p,q]のデータパターンに従って分析が実行され、静電容量式タッチパネル上の1つ又は複数の近接/接触点の位置情報が推定される。近接/接触点は、人間の指紋(又は他の生物学的特徴)の稜線(***部分)が静電容量式タッチパネルに接近又は接触する位置である。例えば、静電容量式タッチパネルに指が近接したり接触したりしていない場合、あらかじめ設定された時間内に走査ステップで得られた特性値行列A[p,q]に記録されている特性値は全て0となる。一方、指紋の稜線が静電容量式タッチパネルの信号送信線X0と信号受信線Y0との交差位置に近づいたり接触したりすると、その特定された位置に対応する特性値とその周辺の8つの位置に対応する8つの特性値は、図4Aに示すような3×3のパターン行列を形成する。従って、特性値行列A[p,q]内の3×3の部分行列が、第1パターン行列(例えば、図4Aに示すようなパターン行列)の条件を満たし、信号線X0、X1、Y0、Y1に対応する場合、推定された近接/接触点は、0(ゼロベクトル)の第1オフセットベクトルを有する位置(X0、Y0)にあると判断される。すなわち、特性値行列A[p,q]が図4Aに示すようなパターン行列を含む場合、位置(X0、Y0)に近接/接触点があることが分かる。特性値行列A[p,q]が、図4Aに示すようなパターン行列に類似する複数の部分行列を含む場合、対応する信号送信線と対応する信号受信線との交差位置に複数の近接/接触点が存在することが分かる。
また、特性値行列A[p,q]が、図4B〜図4Dに示すいずれかのパターン行列と同様の部分行列を有する場合、交点位置付近に1つの近接/接触点が存在すると推定される。近接/接触点は、第2オフセットベクトル42、第3オフセットベクトル43又は第4オフセットベクトル44を有する交差位置(X0、Y0)から離れている。例えば、図4Bに示すパターンマトリクスは、近接/接触点が交差位置(X0、Y0)の下側(例えば、図3Aの位置4−3)に位置していることを示し、図4Cに示すパターンマトリクスは、近接/接触点が交差位置(X0、Y0)の右側(例えば、図3Aの位置4−1)に位置していることを示し、図4Dに示すパターンマトリクスは、近接/接触点が交差位置(X0、Y0)の右下(例えば、図3Aの位置4−2)に位置していることを示している。従って、同じルーティング密度では、両方向に2倍に解像度を上げることができるため、全体としては解像度を4倍に高めることができる。その結果、本開示によれば、高い解像度を有する指紋のパターン、手の平の模様又は他の生物学的特徴を、低下させたルーティング密度で得ることができる。
図3Bに示す充電/放電信号の例示は説明のためのものであり、3Vから0Vに下降したり、0Vから3Vに上昇したりするものに限定されるものではない。例えば、一方はより大きな固定された電圧からより小さな固定された電圧へと下降する信号であり、他方はより小さな固定された電圧からより大きな固定された電圧への上昇する信号を用いても実現可能である。固定電圧を0Vと3Vとすることにより、回路設計のバランスを維持することができる。
隣接する2つの信号送信線と隣接する2つの信号受信線を用いて位置検出が行われるので、静電容量式タッチパネルの対応するエッジにダミー信号線10,20(図1)が設けられており、信号送信線11及び信号受信線21を用いて上記動作が実行される。上記ダミー信号線10,20を指で容量結合させる必要はなく、ダミー信号線10,20を静電容量式タッチパネルのタッチ領域の外側に配置してもよい。もちろん、ダミー信号線を省略し、仮想ダミー信号線10,20となる信号送信線12と信号受信線22とを直接マッピングして、信号送信線11と信号受信線21とを用いて上記動作を実行するようにしてもよい。
静電容量式タッチパネル50が本開示の一実施形態に係る複数の制御チップ51,52によって制御されることを概略的に示す機能ブロック図である図5を参照する。この実施形態では、2つの制御チップが使用され、第1複数組の信号送信線又は信号受信線XC1上の信号が制御チップ51によって処理され、他の複数組の信号送信線又は信号受信線XC2上の信号が制御チップ52によって処理される。制御チップ51と52の間には基準電圧送信線53が配置されており、基準電圧信号が全ての制御チップ51,52に対して基準として送信される。このようにして、異なる制御チップに接続された信号受信線から受信された電圧信号に対する比較動作を実行する際に、一致した基準電圧が提供される。ステップ101,102で得られた電圧差値又はステップ103で得られた特性値は、制御チップ51,52によってバックエンドにあるマイクロプロセッサ54に送信され、近接/接触点の対応位置情報を推定することができる。
図6を参照する。走査ウインドウが、異なる制御チップ61,62に接続された静電容量式タッチパネル60の少なくとも隣接する2つの信号受信線Y61,Y62をカバーする場合には、チップ61,62を相互に相互接続する信号送信線(例えば、図6の送信線63)を用いて、基準として、隣接する1つ又は複数の信号線からの電圧信号を他の制御チップに送信することができる。他の方法としては、図7に示すように、静電容量式タッチパネル70の信号受信線Y71とY73との間に位置する信号受信線Y72は、異なる制御チップ71,72に接続されており、信号受信線Y72からの電圧信号を両方の制御チップ71,72によって基準として用いられることができる。
また、本開示に係る生物学的特徴検出装置の他の実施形態を示す概略図である図8を参照する。第1コンデンサ81、第2コンデンサ82及び比較器88は、別の比較方法を実行するために使用される。詳細には、ステップ101において、充電/放電信号生成部190は、M本の信号送信線11〜1Mの中から選択された少なくとも2組の信号送信線を介して第1充電/放電信号及び第2充電/放電信号をそれぞれ送信し、電圧信号処理部180は、N本の信号受信線の中から選択された少なくとも2組の信号受信線を介して、第1充電/放電信号及び第2充電/放電信号に応答して生成された第1電圧信号及び第2電圧信号をそれぞれ受信する。ステップ101は、第1期間中に実行される。例えば、少なくとも2組の信号送信線は、隣接する2つの信号送信線12,13であり、少なくとも2組の信号受信線は、隣接する2つの信号受信線22,23である。第1充電/放電信号は、0Vから3Vまで上昇する充電信号であり、第2充電/放電信号は3Vから0Vまで降下する放電信号である(図3B参照)。隣接する2本の信号受信線22,23からそれぞれ受信される第1電圧信号及び第2電圧信号に関しては、第1コンデンサ81への入力電圧V81及び第2コンデンサ82への入力電圧V82を制御することにより、比較器88の2つの入力端子881,882がバランスされ、出力端子883から出力される出力電圧が実質的にゼロになる。入力端子881,882がバランスされると、入力電圧V81とV82との差が第1電圧差値として記録される。あるいは、等しい入力電圧V81及びV82の下で、出力端子883から出力される電圧が実質的にゼロになるように、第1コンデンサ81及び第2コンデンサ82の容量を制御することによって、比較器88の2つの入力端子881,882がバランスされる。入力端子881,882がバランスされると、第1コンデンサ81と第2コンデンサ82との容量の差が、第1電圧差値に相当する第1関数値として記録される。ここで、図1に示す比較回路18は、アナログ/デジタルコンバータによって実現される必要がある。しかしながら、比較器88は、1ビットコンパレータによって簡単に実現することができる。
また、ステップ102において、充電/放電信号生成部190は、少なくとも2組の信号送信線を介して第3充電/放電信号及び第4充電/放電信号を送信し、電圧信号処理部180は、少なくとも2組の信号受信線を介して、第3充電/放電信号及び第4充電/放電信号に応答して生成された第3電圧信号及び第4電圧信号をそれぞれ受信する。ステップ102は、第1期間以外の第2期間中に実行される。すなわち、少なくとも2組の信号送信線は、隣接する2本の信号送信線12,13であり、少なくとも2組の信号受信線は、隣接する2本の信号受信線22,23である。第3充電/放電信号3Vから0Vまで降下する放電信号であってもよく、第4充電/放電信号は、0Vから3Vまで上昇する充電信号であってもよい(図3Bを参照)。隣接する2本の信号受信線22,23からそれぞれ受信される第3電圧信号及び第4電圧信号に関しては、第1コンデンサ81の入力電圧V81及び第2コンデンサ82の入力電圧V82を制御することにより、比較器88の2つの入力端子881,882がバランスされ、出力端子883から出力される電圧が実質的にゼロになる。入力端子881,882がバランスされると、入力電圧V81とV82との差が第2電圧差値として記録される。あるいは、等しい入力電圧V81及びV82の下で、出力端子883から出力される電圧が実質的にゼロになるように、第1コンデンサ81及び第2コンデンサ82の容量を制御することによって、比較器88の2つの入力端子881,882がバランスされる。入力端子881,882がバランスされると、第1コンデンサ81と第2コンデンサ82との容量の差が、第2電圧差値に相当する第2関数値として記録される。
上記実施形態では、隣接する2本の信号線を例に挙げて説明したが、また、M本の信号送信線の中から選択された2本以上の信号送信線を介して充電/放電信号をそれぞれ送信してもよい。そして、充電/放電信号に応じて生成された電圧信号は、N本の信号受信線の中から選択された2本以上の信号受信線を介して受信される。信号送信線の各組は、単一の信号送信線又は複数の信号送信線から構成されてもよい。2組の信号送信線は互いに隣接していなくてもよく、2組の信号送信線の間に1本以上の信号送信線が配置されてもよい。同様に、信号受信線の各組は、単一の信号受信線又は複数の信号受信線から構成されてもよい。2組の信号受信線は互いに隣接していなくてもよく、2組の信号受信線の間に1本以上の信号受信線が配置されていてもよい。各組の信号送信/受信線が複数の信号送信/受信線で構成されている場合、検出のための感度及び検出距離を増やすことができ、静電容量式タッチパネルへの導電性物体の接近を直接触れることなく検出することができる。他の実施形態では、充電/放電信号は、N本の信号送信線の中から選択された2組以上の信号送信線を介してそれぞれ送信され、充電/放電信号に応答して生成された電圧信号は、M本の信号受信線の中から選択された2組以上の信号受信線を介して受信される。信号送信線と信号受信線との相互交換は、線接続を変更するためのマルチプレクサ(図示せず)によって達成することができる。電圧信号処理部180は、2つ以上のアナログ/デジタルコンバータ又は1ビットコンパレータで構成されていてもよく、2つ以上のアナログ/デジタルコンバータは異なるチップに配置されてもよい。このことは回路設計における一般的な変更であるので、ここではこれ以上説明しない。関連する開示は、US2014/0333575 A1に記載されており、その内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
上記のように、静電容量式タッチパネル上の近接/接触点は、第1期間中は、M本の信号送信線のうち選択された2組の信号送信線を介してそれぞれ送信される第1充電/放電信号及び第2充電/放電信号に応答して、N本の信号受信線の中から選択された2組の信号受信線を介して第1電圧信号と第2電圧信号を受信することによって検出され、第2期間中は、2組の信号送信線を介してそれぞれ送信される第3充電/放電信号及び第4充電/放電信号に応答して、2組の信号受信線を介して第3電圧信号と第4電圧信号を受信することによって検出され、第1電圧信号、第2電圧信号、第3電圧信号及び第4電圧信号に応じて、2組の信号送信線及び2組の信号受信線によって規定される隣接領域の1つの特性値を生成し、M本の信号送信線とN本の信号受信線の異なる組み合わせによって規定される複数の隣接領域の複数の特性値を生成するために上記3つのステップを繰り返し実行し、静電容量式タッチパネル上の少なくとも1つの近接/接触点の位置情報が特性値に基づいて推定される。その結果、信号線の数を増やすことなく、近接/接触点の位置情報を正確に検出することができる。このような二重線検出技術は、ノイズを効果的に除去し、指紋パターン(パターン画像)の解像度を高めることができる。
以上のような2段階の充電/放電動作を行う検出方法とは異なり、本開示によれば、1段階の充電/放電動作を行う他の検出方法が提供され、この方法は、走査速度が比較的高く、消費電力が少ないという点において有利である。1段階の充電/放電を行う静電容量式タッチパネル上の近接/接触点を検出するための方法の実施形態について、図9を参照しつつ、いかに説明する。
この検出方法は、M本の信号送信線11〜1MとN本の信号受信線21〜2Nが縦横にそれぞれ割り当てられ、信号線の隣接領域にM×N個のコンデンサC11〜Cmnが形成された、図1に示したものと同様の構造を有する静電容量式タッチパネルにも適用することができる。隣接する2本の信号送信線(例えば、信号送信線X0、X1)と隣接する2つの信号受信線(例えば、信号受信線Y0、Y1)は、1つの検出対象ユニットとみなされ、4つの信号線によって規定される交差領域(すなわち、隣接領域)をカバーする走査ウインドウ200が図中に破線で示されている。走査ウインドウ200は、走査のために静電容量式タッチパネル上を移動する。
1段の充電/放電動作と2段の充電/放電動作は、駆動方法が異なる。図2A及び図2Bに記載されたフローチャートを参照して、2段の充電/放電動作は、第1期間中、第1充電/放電信号と第2充電/放電信号を用いて第1充電/放電ステップ101を実行し、第2期間中、第3充電/放電信号と第4充電/放電信号を用いて第2充電/放電ステップ102を実行する。それに対して1段の充電/放電動作は、ステップ101及び102のいずれか1つを省略する。例えば、ステップ102が省略され、信号送信線X0及びX1を介して第1充電/放電信号と第2充電/放電信号を入力し、信号受信線Y0及びY1(又は2組の信号受信線)を介して第1電圧信号と第2電圧信号をそれぞれ受信することによって、ステップ101だけが実行される。第1充電/放電信号と第2充電/放電信号とは位相がずれており、この実施形態では、例えば逆相であり、同じ充電レベル(図3B)又は異なる充電レベル(図10)を有していてもよい。
本開示による1段の充電/放電動作を行う検出方法は、以下の説明から理解することができる。図9に示すように、走査ウインドウ200が、信号線X0、X1、Y0、Y1によって規定される交差領域をカバーするように移動すると、指紋の稜線が信号送信線Y0と信号受信線X1上の位置1に接触したとすると、信号受信線Y0で検出された電圧y0は、信号送信線X1上の信号の位相x1に伴って変化する。あるいは、指紋の稜線が信号送信線Y1と信号受信線X1上の位置2に接触したとすると、信号受信線Y1で検出された電圧y1は、信号送信線X1上の信号の位相x1に伴って変化する。指紋の稜線が信号送信線X0と信号受信線Y1上の位置3に接触したとすると、信号受信線Y1で検出された電圧y1は信号送信線X0上の信号の位相x0に伴って変化する。また、指紋の稜線が信号送信線X0と信号受信線Y0上の位置4に接触したとすると、信号送信線Y0で検出された電圧y0は信号送信線X0上の信号の位相x0に伴って変化する。従って、指紋の稜線が位置4と位置1の中間の位置4−1に接触したとすると、信号受信線Y0で検出される電圧は、ほぼ等しい効果を有する信号送信線X0上の信号の位相x0と信号送信線X1上の信号の位相x1の両方に伴って変化する。指紋の稜線が位置4と位置2の中間の位置4−2に接触したとすると、信号受信線Y0及びY1で検出される電圧y0及びy1は、それぞれ、ほぼ等しい効果を有する信号送信線X0上の信号の位相x0と信号送信線X1上の信号の位相x1の両方に伴って変化する。指紋の稜線が位置4と位置3の中間の位置4−3に接触したとすると、信号受信線Y0及びY1で検出される電圧y0及びy1は、それぞれ、信号送信線X0上の信号の位相x0に伴って変化する。表1は、検出された電圧に対する接触位置の対応をまとめたものである。
さらに、図9に示すように、この走査ウインドウの位置を取り囲む他の8つの隣接する走査ウインドウの位置もまた、走査されると、例えば位置4、4−1、4−2、4−3などの異なる近接/接触点の異なる範囲に対して、例えばY0及びY1などの信号受信線に影響を及ぼす電圧変化を生じさせる。同様に、信号受信線Y0で検出された電圧y0から信号受信線Y1で検出された電圧y1を減算することによって複数の特性値が生成され、特性値行列A[p,q]が得られる。一旦、特性値行列A[p,q]が記録されると、続いて、静電容量式タッチパネル上の1つまたは複数の近接/接触点の位置情報が推定され、各近接/接触点は、指紋の稜線が位置静電容量式タッチパネルに接触する位置を表す。表2は、9つの走査ウインドウ位置に対応するデータが対応して割り当てられた、4つの3×3パターン行列、及び4つの接触位置4、4−1、4−2及び4−3からなる1つの走査ウインドウ位置に対応する各要素(2×2行列)を、それぞれ例示している。
上の表から、走査ウインドウ200内の基準位置(例えば、信号送信線X0と信号受信線Y0との交差位置など)に対する走査ウインドウの位置や接触位置によって特性値が変化することが分かる。静電容量式タッチパネル上を走査するように走査ウインドウ200が移動した後、特性値行列A[p,q]が得られる。例えば、表2に示すように、特性値(y0−y1)は、7種類の要素、すなわち、x0、−x0、x1、−x1、AVG(x0,x1)、 −AVG(x0,x1)、及び0を有する。もしも、電圧x0と電圧x1とが数値的に等しくなければ、図10に例示されたように、特性値行列A[p,q]における特性値は、最大7つの異なる値で微分することができる。もしも、図3Bに示すように数値的に等しい電圧x0が3Vに設定され、電圧x1が−3Vに設定されると、特性値(y0−y1)は、前の実施形態で説明した3×3パターン行列と同様に、正数、負数、及びゼロに単純化することができる。従って、3×3のパターン行列と特性値行列A[p,q]に基づいて解析を行うことができる。
一例として簡略化された場合を考えると、静電容量式タッチパネル上の1つ又は複数の近接/接触点の位置情報は、図2Bのステップ104において推定することができる。近接/接触点は、指紋の稜線が静電容量式タッチパネルに接近又は接触する位置である。例えば、静電容量タッチパネルに接近又は接触している指紋の稜線がないとした場合には、予め設定された時間内に走査ステップで得られた特性値列A[p,q]に記録されている特性値は全て0である。一方、指紋の稜線が信号送信線と信号受信線との交差位置、例えば静電容量式タッチパネルのX0及びY0に接近又は接触している場合、特定された位置に対応する特性値と、8つの周囲位置に対応する8つの特性値とが、3×3の所定のパターン行列に合致する。従って、3×3の所定のパターン行列に基づいて特性値行列A[p,q]を解析することにより、静電容量式タッチパネル上に稜線が接近又は接触している位置を特定することができる。例えば、演算の結果が、表2のより広いフレームによって示された9個の2×2部分行列内の全て(1,1)の成分からなる第1パターン行列を満たす場合、推定された近接/接触点は(X0,Y0)であり、近接/接触点に関連するオフセットベクトルは(X0,Y0)0(ゼロベクトル)である。すなわち、特性値行列A[p,q]が(1,1)成分のパターン行列を含む場合、(X0,Y0)に近接/接触点が存在することが分かる。特性値行列A[p,q]が2以上の(1,1)成分のパターン行列を含む場合、信号送信線と信号受信線の特定の交差位置に別の近接/接触点が存在することが分かる。
同様に、特性値行列A[p,q]の一部が表2の他のパターン行列と合致する場合、1つの近接/接触点が存在すると推定される。近接/接触点は、交差位置ではなく、第2オフセットベクトル42、第3オフセットベクトル43又は第4オフセットベクトル44との交差点(X0,Y0)の近傍にある。例えば、表2における9つの2×2部分行列における全て(1,2)成分からなる3×3パターン行列は、近接/接触点が交差位置(X0、Y0)の右側の位置(例えば、図9に示す位置4−1)にあることを示している。表2における9つの2×2部分行列における全て(2,2)成分からなる3×3パターン行列は、近接/接触点が交点位置(X0、Y0)の右下の位置(例えば、図9に示す位置4−2)にあることを示している。また、表2における9つの2×2部分行列における全て(2,1)成分からなる3×3パターン行列は、近接/接触点が交点位置(X0、Y0)の下側の位置(例えば、図9に示す位置4−3)にあることを示している。従って、同じルーティング密度では、両方向に2倍に解像度を上げることができるため、全体としては解像度を4倍に高めることができる。
図9に示す比較回路18の一例を示す図11を参照する。この例では、2つの電圧バランス信号(第1刺激信号Stimulus0と第2刺激信号Stimulus1)が、それぞれの入力端子を介して受信され、第1コンデンサ1101及び第2コンデンサ1102が電圧バランスのために比較器1108に接続されている。これに関連する開示は、US2016/0188099 A1に記載されており、その内容は、参照により本明細書に組み込まれる。刺激信号Stimulus0及びStimulus1は、比較回路18の外部の信号源によって、又は制御チップの外側から提供されてもよい。第1刺激信号Stimulus0及び第2刺激信号Stimulus1の電圧値又は第1コンデンサ1101及び第2コンデンサ1102の容量値のいずれかを調整することにより、比較器1108は実質的にゼロとするように、2つの入力端子の電圧を等しくすることができる。このようにして、特性値y0−y1は、第1刺激信号と第2刺激信号との間の電圧差Δ、例えばStimulus1−Stimulus0、容量差、又は容量差又は電圧差と容量差の組み合わせとしてさらに単純化することができる。
本開示に係る1段の充電/放電動作は、以下の条件に適合する静電容量式タッチパネルにおける使用に特に適している。第1に、信号受信線Y0と接地との間の静電容量値は、指が走査ウインドウ200から離れた位置、例えば位置9−2への指の接触に起因する効果を無視することができるように、十分な大きさでなければならない。また、他の信号受信線Y1と接地との間の静電容量値も、指が走査ウインドウ200から離れた位置、例えば位置9−3への指の接触に起因する効果を無視することができるように、十分な大きさでなければならない。この条件は、特定のパネルで本質的に満たされてもよく、又はパネルの微調整回路機能によって満たされてもよい。本来、信号線Y0又はY1の線幅が狭かったり、導電性が悪かったりして、この条件が満たされていなくても、検出動作を行うために、単一の信号受信線の代わりに、複数の信号受信線を1つのグループとして結合することによって、この状況を改善することができる。例えば、隣接する信号受信線Y−1,Y0は、単一の信号受信線Y0に代わって検出動作のために機能するように、電気的に並列に接続され、隣接する信号受信線Y1,Y2は、単一の信号受信線Y1に代わって検出動作のために機能するように、電気的に並列に接続される。このようにして、信号受信線の静電容量値を大きくすることができる。他の条件は、走査ウインドウ200内の近接/接触点、例えば位置4で検出された信号強度は、例えば位置9−2のような離れた位置で検出された信号強度よりもはるかに高くなければならず、それによって、位置9−2への指の接触に起因する効果を無視することができる。同様に、必要に応じて、複数の信号送信線を1つのグループとして結合することによって、単一の信号送信線に代わって検出動作を行うようにしてもよい。例えば、隣接する信号送信線X−1,X0は、単一の信号送信線X0に代わって検出動作のために機能するように、電気的に並列に接続され、隣接する信号送信線X1、X2は単一の送信線X1に代わって検出動作のために機能するように、電気的に並列に接続される。このようにして、駆動能力を向上させることができる。
一つのグループに結合される信号送信線の数は、一つのグループに結合される信号受信線の数と異なっていてもよい。線の選択は、実際の要件を満たすように調整することができる。例えば、電気的に並列に接続された3本の信号送信線と、電気的に並列に接続された2本の信号受信線とが、検出動作のために選択される。1つのグループ内の選択された線は、走査ウインドウ200の移動中、他の線によって部分的に置き換えられてもよい。換言すれば、現在の走査ウインドウは、次の走査ウインドウと部分的に重なっていてもよい。例えば、現在の走査ウインドウ200では、電気的に並列接続された(N−1)番目、N番目及び(N+1)番目の信号送信線と、電気的に並列接続された(N+3)番目、(N+4)番目及び(N+5)番目の信号送信線とが、それぞれ駆動される。そのため、走査ウインドウ200は正方形ではなく、特定のアスペクト比を有する矩形に調整されてもよい。
本開示に係る静電容量式タッチパネルを示す概略図である図12A〜図12Cを参照する。そこでは、静電容量式センサアレイ90は、フレキシブル基板に取り付けられている。図12Aに示すように、第1電極群901は、フレキシブル基板920の第1面9201上に形成されている。フレキシブル基板920は、ポリイミド(PI)で形成されていてもよい。図12Bに示すように、第2電極群902は、フレキシブル基板920の第1面9201とは反対側の第2面9202に形成されている。第1電極群901及び第2電極群902に電気的に接続された複数の信号ピン903は、フレキシブル基板920の第2面9202上にも設けられている。複数のスルーホール9203は、フレキシブル基板920の第1面9201上の第1電極群901とフレキシブル基板920の第2面9202上のフレキシブル基板920の第2面9202上の信号ピン903を導通させるために、フレキシブル基板920を貫通している。図12Cは、第1電極群901、第2電極群902及びフレキシブル基板920を含む静電容量式センサアレイ90を示す上面斜視図である。第1電極群901と第2電極群902の交差領域は、静電容量式センサアレイを形成する。この実施形態では、静電容量式センサアレイ90は、交差領域に48×48個の検出点を含む。この静電容量式センサアレイ90では、第1電極群901と第2電極群902のピッチ(中心間距離)は6milであり、検出領域は7.3mm×7.3mm(6mil×48 = 7.3mm)となる。検出領域は、人間の指紋の特徴的な領域をカバーするのに十分な大きさである。また、静電容量式センサアレイ90は、100×100の検出点(交差領域)を含み、1.5cm×1.5cmの検出領域を提供することができる。このような検出領域は、十分な解像度で完全な指紋走査を実行するのに十分である。この静電容量式タッチパネルを使用する指紋認証モジュールは、従来の指紋認証モジュールよりもずっと安価である。高い感度を保つために、ユーザの指と静電容量式センサアレイ90との間に設けられた保護カバー(図示せず)はできるだけ薄くなければならず、フレキシブル基板920も同様である。近年の技術レベルによれば、保護カバーは100μmから500μmの範囲の厚さを有していてもよく、フレキシブル基板920は、20μmから100μmの範囲の厚さを有していてもよい。静電容量式タッチパネルの感度を向上させる他の方法は、信号動作電圧レベルを上げることである。
他の実施形態では、本開示に係る静電容量式タッチパネル90を提供するために、織物技術が適用される。第1電極群901及び第2電極群902は、絶縁材料で包まれた導電線で作られたワイヤーである。このワイヤーは、糸として機能し、静電容量式センサアレイ90を形成するように、綿、羊毛、ナイロンなどのより糸などの通常の糸と一緒に布地として織り込まれる。上記の実施形態で説明した保護カバーもフレキシブル基板も必要ではない。静電容量式タッチパネル90に触れている間は、保護カバーが設けられていないため指が信号線により近づき、感度が上がる。布製品に回路を一体化させることに関する関連の開示は、US2017/0075481 A1に記載されており、その内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
静電容量式センサアレイがガラス基板上に形成されている、本開示に係る静電容量式タッチパネルを示す断面図である図13Aを参照する。厚さ約30nmの第1導電性線構造1391は、厚さ約1.1mmのガラス基板1390の表面に形成されている。第1導電性線構造1391の上面図を図13Bに示す。第1導電性線構造1391は、基本的に200μmピッチの48本の信号線を含む第1電極群13911と、第1組の信号ピン13912と、外側に延びる第2組の信号ピン13913とを含む。図13Cに示すように、第1電極群13911上には、厚さ2μmの第1絶縁層1381が形成されており、第1絶縁層1381から第1組の信号ピン13912と第2組の信号ピン13913が露出している。図13Dに示すように、厚さ約30nmの第2導電性線構造1392は、基本的に200μmのピッチの48本の信号線を含む第2電極群13921と1組の補強ピン13922を含む。第2電極群13921は、第1絶縁層1381の上に形成され、第2組の信号ピン13913に接続されるように外側に延在して電気的接続を形成する。導電性を高めるために、1組の補強ピン13922は、第1組の信号ピン13912と共に最大接触面積を有するように、第1絶縁層1381から露出された第1組の信号ピン13912に面対面で取り付けられる。図13Eに示すように、厚さ2μmの第2絶縁層1382が、第1電極群13911と第2電極群13921の交差領域に形成されている。ガラスカバー1384が、第2絶縁層1382と第2電極群13921の交差領域を覆うように、接着剤層1383によって固定されている。得られた静電容量式タッチパネルの構造を図13Aに示す。この実施形態において、ガラス基板1390の長さ及び幅は共に25mmであり、ガラスカバー1384の長さ及び幅は共に12.7mmである。電極群の交差領域に対応する指検出領域は、長さ及び幅は共に約12mmであり、通常の人間の指紋を完全にカバーすることができる。
本開示に係る検出方法によって取得された人間の指紋画像を示す概略図である図14を参照する。指紋画像は、特徴値行列を画像タイプに変換することによって得られる。任意の隣接する2つの稜線1398又は任意の隣接する2つの谷1399の間に中心間隔が存在する。最小の中心間隔は約100μmである。本開示によれば、M本の信号送信線の第1ピッチ及びN本の信号受信線の第2ピッチの少なくとも一方は、最小の中心間隔と等しいかそれよりも大きい。本開示によれば、第1電極群901の第1ピッチ及び/又は第2電極群902の第2ピッチは、150μm〜200μmの範囲である。50μmのピッチを有する従来の静電容量式センサアレイと比較して、本開示に係る二次元センサユニットの線幅は、より良好な電気的特性を提供するために、50μmよりも大きくなるように設計することができる。
通常、指紋画像内に平行な稜線1398又は平行な谷1399が存在する。仮に、平行な稜線1398又は平行な谷1399が信号送信線又は信号受信線と平行であるとすると、これらの稜線1398又は谷1399は、二重線検出技術に基づいて得られた指紋画像において正確に示されないかもしれない。このような現象は、その後の認識を困難にする。そのため、ユーザは、次の検出動作及び認識のために静電容量式タッチパネルに対して指の方向を変えるように要求されるべきである。平行な稜線1398又は谷1399が走査ウインドウの対角線に沿って延びるとき、最良の検出及び認識効果が観察され、この特性を利用して再走査時間を短縮することができる。電気的に並列に接続された信号線の本数を変更することにより、検出信号強度や走査ウインドウの形状やサイズを効果的に変化させることができる。例えば、図9を参照して、隣接する信号送信線X0及びX1は電気的に並列接続されて1本の送信線として機能し、隣接する信号送信線X2及びX3は電気的に並列接続されて他の1本の送信線として機能する。このようにして、指紋画像の鮮明度に有利なように、信号強度及び走査ウインドウのサイズが変更される。
電気的に並列に接続された信号送信線の本数と、電気的に並列に接続された信号線の本数とが異なる場合には、走査窓は矩形となる。このようにして、特定のアスペクト比を有する矩形の走査ウインドウの利点を利用することによって、特定の傾きを有する平行な稜線又は谷をより明瞭に区別することができる。正方形の走査ウインドウで得られた指紋画像の一部が透明でない場合、異なるアスペクト比を有する矩形の走査ウインドウを使用していくつかの検出動作を行い、得られた指紋画像を組み合わせて不鮮明な部分を除去又は破棄して完全な明瞭な指紋画像を得るようにしてもよい。
図15A〜図15Cに示すように、矩形の走査ウインドウ1501、1511、1521は、異なるアスペクト比を有する。走査ウインドウ1501、1511、1521は、平行な稜線又は谷が対角線150、151、152に沿って延びているとき、それぞれより良好な走査効果を提供することができる。走査ウインドウ1501、1511、1521は、異なる数の信号送信線を組み合わせて形成されている。図9を参照して、走査ウインドウ1501を例にとると、信号線X0、X1、Y0、Y1は、検出動作のための4本の信号線として機能し、走査ウインドウ1501は略正方形である。水平に配置された信号受信線に対して約45°の傾きを有する稜線又は谷について、より良好な検出効果が示される。図9を参照して、走査ウインドウ1511を例にとると、信号線X0、X1、Y0と組み合わされたY−1、Y2と組み合わされたY1は、検出動作のための4本の信号線として機能し、走査ウインドウ1511は、縦に長い矩形となる。45°より大きい傾きを有する稜線又は谷に対して、より良好な検出効果が示される。より多くの指紋画像を得るために、異なる時間間隔で、異なるアスペクト比及びサイズの走査ウインドウを用いて指紋を走査してより多くの指紋画像を取得した後、各指紋画像の良好な部分を抜き出して結合して、より正確な認識のために明瞭な指紋画像を生成する。
走査ウインドウのアスペクト比は、検出動作のために隣接しない信号線を選択することによって調整することができる。例えば、隣接する2本の信号送信線X0、X1が選択され、隣接しない2本の信号受信線Y0、Y2が選択される。それによって、図15Bに示すようなアスペクト比1:2を有する走査ウインドウ1511が得られる。他の例では、隣接する2本の信号送信線X0、X1が選択され、隣接しない2本の信号受信線Y−1、Y2が選択される。それによって、図15Cに示すようなアスペクト比1:3の走査ウインドウ1521が得られる。
このように、第1アスペクト比の走査ウインドウで人間の指紋を検出することによって第1特性値行列が得られ、第2アスペクト比を有する走査ウインドウで人間の指紋を検出することによって第2特性値行列が得られる。2つの特性値行列が比較(例えば、減算)され、第3特性値行列が得られる。これらの特性値行列を記録してもよい。指紋認証の実行中、これらの特性値行列は、対象指紋の特徴を表すものであればよく、指紋認証の前に曲線からなる視覚画像に変換する必要はない。
本開示によれば、静電容量式タッチパネルは、指紋検出モジュールを提供する図13A又は図12Cに示すようなガラス基板又はフレキシブル基板に適用することができる。2つのタイプの指紋検出モジュールは、異なる用途に使用することができる。例えば、両面指紋センサは、ガラス基板タイプの2つの指紋センサ構造を背中合わせに接合することによって形成される。あるいは、2つの指紋センサ構造が1つのガラス基板を共有するように、2つの指紋センサ構造の静電容量式センサアレイを分離してもよい。両面指紋センサは、モバイル機器で使用することができる。ユーザが、親指と人差し指との間でモバイル機器(例えば、モバイル決済のための本人認証をサポートするスマートフォン又はスマートカード)を保持すると、親指と人差し指の両方に対する指紋検出動作を同時に実行してもよい。他の実施形態では、2つの指紋検出モジュールは、モバイル機器の検出領域の2つの側面、例えば指紋認証に対応したタブレット型コンピュータやスマートフォンのタッチスクリーンの左右両面に設けられていてもよい。ユーザがモバイル機器を保持すると、左手親指と右手親指の両方に対する指紋検出動作が同時に実行されてもよい。
本開示は、別の検出方法を提供する。第1期間中、制御回路は、M本の信号送信線の中から選択された隣接する2組の信号送信線を介して、第1充電/放電信号及び第2充電/放電信号をそれぞれ送信する。この実施形態では、各組の信号送信線は、隣接する2組の信号送信線を含む。第1充電/放電信号と第2充電/放電信号は位相がずれている。そして、制御回路は、第1充電/放電信号及び第2充電/放電信号に応答して、N本の信号受信線の中から選択された隣接する2組の信号受信線を介して第1電圧信号及び第2電圧信号を受信する。制御回路は、第1電圧及び第2電圧信号に従って、4組の信号線によって規定される隣接領域に対応する1つの第1特性値を生成する。信号線の異なる組み合わせによって規定される異なる隣接領域に対応して3つのステップを繰り返した後、生物学的特徴情報を表す第1特性値行列を形成する複数の第1特性値が生成される。第2期間中、制御回路は、M本の信号送信線の中から選択された隣接する2組の信号送信線を介して、第3充電/放電信号及び第4充電/放電信号をそれぞれ送信する。そして、制御回路は、第3充電/放電信号及び第4充電/放電信号に応答して、N本の信号受信線の中から選択された隣接する2組の信号受信線を介して第3電圧信号及び第4電圧信号を受信する。制御回路は、第3電圧信号及び第4電圧信号に従って、4組の信号線によって規定される1つの隣接領域に対応する第2特性値を生成する。信号線の異なる組合せによって規定される異なる隣接領域に対応して3つのステップを繰り返した後、生物学的特徴情報を表す第2特性値行列を形成する複数の第2特性値が生成される。第1期間中に使用される2組の信号受信線は、第2期間中に使用される2組の信号受信線と同一でなくてもよい。例えば、第1期間中又は第2期間中に選択される1組の信号受信線は、1組の補助信号受信線であってもよい。補助信号受信線の組は、生物学的特徴を有する目的物との容量結合を形成しない。第1特性値行列と第2特性値行列とに基づいて、生物学的特徴情報を表す画像値行列が推定される。他の例では、制御回路は、第1期間中に使用される2組の信号受信線の各々がA本の信号受信線を含み、第2期間中に使用される2組の信号受信線の各々がB本の信号受信線を含むように、設定してもよい。Aの数とBの数は異なっていてもよい。さらに他の例では、制御回路は、第1期間中に使用される2組の信号受信線が同数の互いに隣接している信号受信線を含み、第2期間中に使用される2組の信号受信線が同数の互いに隣接していない信号受信線を含むように、設定してもよい。これらの設定によれば、第1期間中に使用される2組の信号送信線及び2組の信号受信線をカバーする走査ウインドウのアスペクト比は、第2期間中に使用されるそれとは異なる。従って、生物学的特徴情報を表す画像値行列を推定するために、第1特徴値行列と第2特徴値行列とを得るためにそれぞれ異なる検出演算が実行される。
二重線検出技術は、検出動作中に不感地帯を生じさせる。補助信号受信線は、このような現象を改善するために使用される。図16を参照して、補助信号受信線についてさらに説明する。たまたま、稜線や谷のような指紋特徴160が信号線Y0及びY1の中間にあったとすると、この指紋特徴160を検出することができない。この問題を解決するために、検出動作中に1組の信号受信線として機能する1組の補助信号受信線YSが基板上にさらに配置されている。一組の補助信号受信線YSは、生物学的特徴を有する目的物との容量結合を形成しない。例えば、一組の補助信号受信線YSは、タッチ領域の外側に配置されている。補助信号受信線YSの長さ及び材料は、通常の信号受信線のそれらと同じである。このようにして、2組の信号受信線Y0とYSとの間に結合アンバランスが導入される。1組の信号受信線Y0は目的物との容量結合を形成するが、他の1組の信号受信線YSは目的物との容量結合を形成することができない。それ故、信号受信線Y0とY1の中間に位置する指紋特性160を適切に検出することができる。最後に、第1特徴値行列と第2特徴値行列とに基づいて、生物学的特徴を表す画像値行列を推定することができ、変換することなく生物学的特徴を表すように第1特徴値行列と第2特徴値行列を直接記録してもよい。
指紋の基本的な特性を示す概略図である図17A及び図17Bを参照する。稜線の終端(図17A)、分岐(図17B)、及び短い稜線などの特性は、特性値行列内の特定のデータ分布を示す。稜線の終端とは、稜線が終了する点をいう。分岐とは、1つの稜線が2つの稜線に分かれる点をいう。短い稜線とは、指紋の平均的な稜線の長さよりも著しく短いものをいう。指紋認証は、指紋特徴に対応する特定のデータ分布に基づいて行われる。本開示は、コストを低減して指紋を検出するためのサイズの大きな静電容量式タッチパネルを提供するので、指紋認証の精度を高めるために、得られた指紋画像中により多くの指紋特徴が存在する。
本開示の一実施形態に係る静電容量式タッチパネルの信号線の配置を示す概略図である図18を参照する。指紋の稜線及び谷は直線ではなく曲線である。上記の説明から、稜線又は谷が走査ウインドウの対角線に沿って延びるとき、二重線検出技術が最良の検出効果を有することが分かる。たまたま曲線が信号受信線の中間位置に位置する可能性を減少させることも望ましい。そのために、本開示は、信号線を特定の方法で配置している。この静電容量式タッチパネルには、複数の湾曲した信号送信線と複数の湾曲した信号受信線が設けられている。凸状の稜線又は谷は、凹状の信号受信線を用いて検出され、凹状の稜線又は谷は、凸状の信号受信線を用いて検出されることが好ましい。具体的には、稜線と信号受信線との交差点において、稜線の曲率中心と信号受信線の曲率中心とは、稜線又は信号受信線の曲線の反対側にあり、稜線及び信号受信線は異なる方向又は反対方向に曲がるか又は湾曲している。そのため、稜線全体が隣接する2つの信号受信線の中間に完全に位置することはほとんど不可能である。さらに、検出すべき稜線が信号線(信号送信線及び信号受信線)と実質的に直交しているので、より良好な検出効果が達成される。図において、静電容量式タッチパネルは、4つの領域181、182、183、184に分割されており、各領域181、182、183、184のそれぞれにおいて、個の領域に接触する湾曲した稜線とは異なる凹凸特性を有する少なくとも1組の信号線が存在する。領域の数は、必要に応じて調整することができる。
静電容量式タッチパネルに接触する指の向きが検出結果に影響を及ぼすので、指を置く方法をユーザに案内するための模様、窪み部又は***部が設けられている。あるいは、方向依存性検出を指紋検出及び認証に用いることができる。具体的には、ユーザが静電容量式タッチパネルを介して指紋を登録すると、ユーザは、静電容量式タッチパネル上に親指又は人差し指を異なる方向に置くように、例えば、時計回り又は反時計回りに、角度を90°、180°、270°又は360°に増加させながら回転させるように、ユーザインターフェースを介して促される。指を回転させている間に、異なった角度に対応する複数の特性値行列が記録される。例えば、0°〜180°の回転角のうちの12個の角度に対応して、検出動作により得られた12個の特性値行列が順次記録される。認証プロセスが指紋入力を必要とする場合、ユーザは指を静電容量式タッチパネル上に任意の向きで置いて検出動作を実行することができる。得られた特性値行列は、本人確認のために、記録された12個の特性値行列とそれぞれ比較される。他の実施形態では、複数の特性値の列が記録され、特徴値の列の各々は、指を回転させている間に、選択された走査ウインドウに対応する特性値を収集したものである。換言すれば、記録は指の回転に起因する変化に焦点を当てている。それ故、認証は、検出動作の間にユーザが指を回転させることを必要とし、検出されたデータは、特性値の列と比較され、静電容量タッチパネルに触れたユーザが登録されたユーザであるか否かを特定する。さらに、動作モードにおいて、静電容量式タッチパネル上での指の回転方向は、特定の機能に対応することができる。例えば、承認された指の時計回りの回転は、モバイル機器をロックし、承認された指の反時計回りの回転によって、モバイル機器のロックが解除される。
別の用途では、図19に示すように、指紋画像に不明瞭又は不鮮明な部分が存在する場合、画像処理アルゴリズムを不明瞭又は不鮮明な部分19に対して実行して、画像部分を復元して、仮想指紋画像を生成してもよい。画像処理アルゴリズムは、不明瞭な部分19の隣接画素に対する平均又は線形補間を含んでいてもよい。仮想指紋画像は、後の認証のために記録される。その後、認証のためにユーザの指紋が検出されると、指紋画像を復元するために、得られた指紋画像の特定の部分に対して同じ画像処理アルゴリズムが実行され、ユーザを特定するために、その復元された指紋画像が記録された仮想指紋画像と比較される。
本開示の原理に基づいて開発された静電容量式タッチパネルは、静電容量式タッチパネルのピッチが生物学的特徴の中心間隔と同じかそれよりも大きい場合でも機能することができるという点において有利であり、製造コストを顕著に削減させることができる。
本発明は、現在最も実用的で好ましい実施形態であると現在考えられているものに関して記載されているが、本発明は開示された実施形態に限定される必要はないことを理解されるべきである。それどころか、最も広い解釈に従う添付の特許請求の範囲の精神及び範囲内に含まれる様々な変形や類似の構造をカバーすることを意図しており、そのような改変及び類似の構造すべてを包含するように、最も広く解釈されるべきである。
Claims (24)
- 隣接する2つの相対極値間の最小中心間距離を有する不均一な表面を有する生物学的特徴を検出することによって生物学的特徴情報を取得するための生物学的特徴検出装置であって、
生物学的特徴を有する目的物に近接又は接触され、M本の信号送信線とN本の信号受信線とを備え、前記M本の信号送信線の第1ピッチと前記N本の信号受信線の第2ピッチの少なくとも一方は前記最小中心間距離と等しいかそれよりも大きい、静電容量式タッチパネルと、
前記静電容量式タッチパネルに電気的に接続され、所定期間中、前記M本の信号送信線の中から選択された2組の信号送信線を介して、互いに位相がずれた第1充電/放電信号及び第2充電/放電信号をそれぞれ送信し、前記所定期間中、前記第1充電/放電信号及び前記第2充電/放電信号に応じて、前記N本の信号受信線の中から選択された2組の信号受信線を介して第1電圧信号と第2電圧信号を受信し、前記第1電圧信号と前記第2電圧信号に基づいて、前記2組の信号送信線と前記2組の信号受信線とによって規定される1つの隣接領域に対応する1つの特性値を生成し、前記M本の信号送信線と前記N本の信号受信線の異なる組み合わせによって規定される異なる隣接領域に対応する複数の特性値を生成するために上記3つのステップを切り返し実行し、前記複数の特性値で前記生物学的特徴情報を表す特性値行列を形成する、制御回路と、
を備えたことを特徴とする生物学的特徴検出装置。 - 前記生物学的特徴は指紋であり、前記目的物は指紋を有する指であり、前記隣接する2つの相対極値は隣接する2つの稜線又は隣接する2つの谷であり、前記第1ピッチ及び前記第2ピッチは150μm〜200μmの範囲であり、前記信号送信線及び前記信号受信線の線幅は50μmより大きいことを特徴とする請求項1に記載の生物学的特徴検出装置。
- 前記静電容量式タッチパネルは、指紋を有する指に接近又は接触される静電容量式センサアレイを含み、前記静電容量式センサアレイは、第1電極群及び第2電極群を含み、前記第1電極群はM本の信号送信線を含み、第2電極群はN本の信号受信線を含むことを特徴とする請求項2に記載の生物学的特徴検出装置。
- 前記制御回路は、前記第1充電/放電信号と前記第2充電/放電信号が逆位相である第1期間中、前記M本の信号送信線の中から選択された2組の第1信号送信線を介して、前記第1充電/放電信号と前記第2充電/放電信号をそれぞれ送信し、前記第1期間中、前記第1充電/放電信号及び前記第2充電/放電信号に応答して、前記N本の信号受信線の中から選択された2組の第1信号受信線を介して前記第1電圧信号及び前記第2電圧信号をそれぞれ受信し、前記第1電圧信号と前記第2電圧信号とに基づいて、前記2組の第1信号送信線と前記2組の第1信号受信線とで規定される隣接領域に対応する1つの第1特性値を生成し、前記M本の信号送信線と前記N本の信号受信線の異なる組み合わせによって規定される異なる隣接領域に対応する複数の第1特性値を生成するために上記3つのステップを切り返し実行するし、前記複数の第1特性値で指紋を表す第1特性値行列を形成する、
ことを特徴とする請求項3に記載の生物学的特徴検出装置。 - 前記制御回路は、第3充電/放電信号と第4充電/放電信号が逆位相である第2期間中、前記M本の信号送信線の中から選択された2組の第1信号送信線を介して、前記第3充電/放電信号と前記第4充電/放電信号をそれぞれ送信し、前記第2期間中、前記第3充電/放電信号及び前記第4充電/放電信号に応答して、前記N本の信号受信線の中から選択された2組の第1信号受信線を介して第3電圧信号及び第4電圧信号をそれぞれ受信し、前記第3電圧信号と前記第4電圧信号とに基づいて、前記2組の第1信号送信線と前記2組の第1信号受信線とで規定される1つの隣接領域に対応する1つの第2特性値を生成し、前記M本の信号送信線と前記N本の信号受信線の異なる組み合わせによって規定される異なる隣接領域に対応する複数の第2特性値を生成するために上記3つのステップを切り返し実行し、前記複数の第2特性値で指紋を表す第2特性値行列を形成し、前記2組の第1信号受信線は前記2組の第2信号受信線とは同一ではなく、前記制御回路は、前記第1特性値行列と前記第2特性値行列とに基づいて、指紋を表す画像値行列を推定することを特徴とする請求項4に記載の生物学的特徴検出装置。
- 前記2組の第2信号受信線のうちの一方は、前記指紋を有する目的物と容量結合しない1組の補助受信線であることを特徴とする請求項5に記載の生物学的特徴検出装置。
- 前記2組の第1信号受信線は、それぞれA本の第1信号受信線を含み、前記2組の第2信号受信線は、それぞれB本の第2信号受信線を含み、Aの数とBの数は異なることを特徴とする請求項5に記載の生物学的特徴検出装置。
- 前記2組の第1信号受信線は、互いに隣接している同じ数の信号受信線を含み、前記2組の第2信号受信線は、互いに隣接していない同じ数の信号受信線を含むことを特徴とする請求項5に記載の生物学的特徴検出装置。
- 前記静電容量センサアレイは、織物技術によって形成され、前記第1電極群及び前記第2電極群は、それぞれ、絶縁材料で覆われた複数の導電線を含み、前記第1電極群と第2電極群は静電容量式センサアレイを形成するように織られていることを特徴とする請求項3に記載の生物学的特徴検出装置。
- 前記静電容量式センサアレイの前記第1電極群及び前記第2電極群は、フレキシブル基板の第1面及び第2面に形成され、前記静電容量式センサアレイの上に保護カバーが形成され、前記保護カバーは、100μmから500μmの範囲の厚さを有し、前記フレキシブル基板は、20μmから100μmの範囲の厚さを有することを特徴とする請求項3に記載の生物学的特徴検出装置。
- 前記静電容量式センサアレイはガラス基板上に形成され、前記静電容量式センサアレイは、
前記ガラス基板の表面上に形成され、前記第1電極群と、第1組の信号ピンと、第2組の信号ピンとを含む第1導電性線構造と、
前記第1電極群上に形成され、前記第1組の信号ピン及び前記第2組の信号ピンを露出させる第1絶縁層と、
前記ガラス基板よりも上に形成され、前記第2電極群と、1組の補強信号ピンを含み、前記第2電極群は、前記第1絶縁層の表面上に形成され、電気的接続を形成するように、前記第2組の信号ピンと接続されるように外向きに延びており、前記1組の補強信号ピンは、前記第1組の信号ピンに面対面で取り付けられている第2導電線構造体と、
前記第1電極群と前記第2電極群の交差領域を覆う第2絶縁層と、
前記交差領域を覆うように前記第2絶縁層に固定されているガラスカバー及び前記ガラスカバーを固定する接着剤層と、
を備えたことを特徴とする請求項3に記載の生物学的特徴検出装置。 - 前記制御回路は、前記第1充電/放電信号と前記第2充電/放電信号の位相がずれている第1期間中、前記M本の信号送信線の中から選択された第1組の信号送信線及び第2組の信号送信線を介して、前記第1充電/放電信号と前記第2充電/放電信号をそれぞれ送信し、前記第1期間中、前記第1充電/放電信号及び前記第2充電/放電信号に応答して、前記N本の信号受信線の中から選択された第1組の信号受信線及び第2組の信号受信を介して前記第1電圧信号及び前記第2電圧信号をそれぞれ受信し、前記第1電圧信号と前記第2電圧信号とに基づいて、前記第1組の信号送信線、前記第2組の信号送信線、前記第1組の信号受信線及び前記第2組の信号受信線とで規定される隣接領域に対応する1つの第1特性値を生成し、前記M本の信号送信線と前記N本の信号受信線の異なる組み合わせによって規定される異なる隣接領域に対応する複数の第1特性値を生成するために上記3つのステップを切り返し実行し、前記複数の第1特性値で生物学的特徴情報を表す第1特性値行列を形成し、前記第1組の信号送信線及び前記第2組の信号送信線は、それぞれA本の信号送信線を含み、前記第1組の信号受信線及び前記第2組の信号受信線は、それぞれB本の信号受信線を含み、Aの数とBの数は異なることを特徴とする請求項3に記載の生物学的特徴検出装置。
- 前記制御回路は、前記第1充電/放電信号と前記第2充電/放電信号の位相がずれている第1期間中、前記M本の信号送信線の中から選択された第1組の信号送信線及び第2組の信号送信線を介して、前記第1充電/放電信号と前記第2充電/放電信号をそれぞれ送信し、前記第1期間中、前記第1充電/放電信号及び前記第2充電/放電信号に応答して、前記N本の信号受信線の中から選択された第1組の信号受信線及び第2組の信号受信線を介して前記第1電圧信号及び前記第2電圧信号をそれぞれ受信し、前記第1電圧信号と前記第2電圧信号とに基づいて、前記第1組の信号送信線、前記第2組の信号送信線、前記第1組の信号受信線及び前記第2組の信号受信線とで規定される隣接領域に対応する1つの第1特性値を生成し、前記M本の信号送信線と前記N本の信号受信線の異なる組み合わせによって規定される異なる隣接領域に対応する複数の第1特性値を生成するために上記3つのステップを切り返し実行し、前記複数の第1特性値で生物学的特徴情報を表す第1特性値行列を形成し、前記第1組の信号送信線及び前記第2組の信号送信線は、それぞれ同じ数の信号送信線を含み、前記第1組の信号送信線は前記第2組の信号送信線に隣接し、前記第1組の信号受信線及び前記第2組の信号受信線は、それぞれ同じ数の信号受信線を含み、前記第1組の信号受信線と前記第2組の信号受信線は隣接していないことを特徴とする請求項3に記載の生物学的特徴検出装置。
- 前記第1電極群及び前記第2電極群における前記信号送信線及び前記信号受信線のうちの少なくとも一方は、検出されるべき指紋の特性曲線とは異なる方向に湾曲した信号線であることを特徴とする請求項3に記載の生物学的特徴検出装置。
- 前記制御回路は、第3充電/放電信号と第4充電/放電信号の位相がずれている他の所定期間中、前記M本の信号送信線の中から選択された2組の信号送信線を介して、前記第3充電/放電信号と前記第4充電/放電信号をそれぞれ送信し、前記他の所定期間中、前記第3充電/放電信号及び前記第4充電/放電信号に応答して、前記N本の信号受信線の中から選択された2組の信号受信線を介して第3電圧信号及び第4電圧信号をそれぞれ受信し、前記第1電圧値、前記第2電圧値、前記第3電圧信号及び前記第4電圧信号とに基づいて、前記2組の信号送信線と前記2組の信号受信線とで規定される隣接領域に対応する特性値を生成し、前記M本の信号送信線と前記N本の信号受信線の異なる組み合わせによって規定される異なる隣接領域に対応する複数の特性値を生成するために上記3つのステップを切り返し実行し、前記複数の特性値で生物学的特徴情報を表す特性値行列を形成することを特徴とする請求項1に記載の生物学的特徴検出装置。
- 隣接する2つの相対極値間の最小中心間距離を有する不均一な表面を有する生物学的特徴を検出することによって生物学的特徴情報を取得するための、静電容量式タッチパネルと共に使用される生物学的特徴検出方法であって、
前記静電容量式タッチパネルは、M本の信号送信線とN本の信号受信線を備え、M本の信号送信線の第1ピッチとN本の信号受信線の第2ピッチとの少なくとも一方は前記最小中心間距離と等しいかそれよりも大きく、
前記生物学的特徴検出方法は、
第1充電/放電信号及び第2充電/放電信号の位相がずれている第1期間中、前記M本の信号送信線の中から選択された2組の信号送信線を介して前記第1充電/放電信号及び前記第2充電/放電信号をそれぞれ送信するステップと、
前記第1期間中、前記第1充電/放電信号と前記第2充電/放電信号に応答して、前記N本の信号受信線の中から選択された2組の信号受信線を介して第1電圧信号及び第2電圧信号をそれぞれ受信するステップと、
前記第1電圧信号と前記第2電圧信号に基づいて、前記2組の信号送信線と前記2組の信号受信線によって規定される1つの隣接領域に対応する1つの第1特性値を生成するステップと、
前記M本の信号送信線と前記N本の信号受信線との異なる組合せによって規定される異なる隣接領域に対応する複数の第1特性値を生成するために、前記3つのステップを繰り返し実行し、前記複数の第1特性値で生物学的特徴情報を表す第1特徴値行列を形成するステップと、
を備えたことを特徴とする生物学的特徴検出方法。 - 前記2組の信号送信線のうちの一方は、電気的に並列に接続された複数の隣接する信号線を含むことを特徴とする請求項16に記載の生物学的特徴検出方法。
- 第3充電/放電信号と第4充電/放電信号の位相がずれている第2期間中、前記M本の信号送信線の中から選択された2組の信号送信線を介して前記第3充電/放電信号及び前記第4充電/放電信号をそれぞれ送信するステップと、
前記第2期間中、前記第3充電/放電信号と前記第4充電/放電信号に応答して、前記N本の信号受信線の中から選択された2組の信号受信線を介して第3電圧信号及び第4電圧信号をそれぞれ受信するステップと、
前記第3電圧信号と前記第4電圧信号に基づいて、前記2組の信号送信線と前記2組の信号受信線によって規定される隣接領域に対応する1つの第2特性値を生成するステップと、
前記M本の信号送信線と前記N本の信号受信線との異なる組合せによって規定される異なる隣接領域に対応する複数の第2特性値を生成するために、前記3つのステップを繰り返し実行し、前記複数の第2特性値で生物学的特徴情報を表す第2特徴値行列を形成するステップと、
前記第1特性値行列及び前記第2特性値行列を記録するか、又は前記第1特性値行列及び前記第2特性値行列の両方に基づいて、生物学的特徴情報を表す第3特性値行列を記録するステップと、
をさらに備えたことを特徴とする請求項16に記載の生物学的特徴検出方法。 - 前記第1期間中に前記2組の信号送信線及び前記2組の信号受信線によって規定される第1走査ウインドウは第1アスペクト比を有し、
前記第2期間中に前記2組の信号送信線及び前記2組の信号受信線によって規定される第2走査ウインドウは前記第1アスペクト比とは異なる第2アスペクト比を有し、
前記第1走査ウインドウを動かすことによって形成された前記第1特徴値行列と前記第2走査ウインドウを動かすことによって形成された前記第2特徴値行列とに基づいて、生物学的特徴情報を表す画像値行列が推定される
ことを特徴とする請求項18に記載の生物学的特徴検出方法。 - 前記第1期間中又は前記第2期間中に使用される前記2組の信号受信線のうちの一方は、生物学的特徴を有する前記目的物と容量結合しない1組の補助受信線であることを特徴とする請求項18に記載の生物学的特徴検出方法。
- 前記生物学的特徴は指の指紋であり、
前記生物学的特徴検出方法は、
指の時計回り又は反時計回りの回転中に指紋を検出するステップと、
指の異なる回転角度ごとに複数の特性値行列を記録するステップと、
をさらに備えたことを特徴とする請求項16に記載の生物学的特徴検出方法。 - 前記生物学的特徴情報を表す複数の列が記録され、前記複数の列のそれぞれは、前記複数の特性値行列における1つの位置に対応し、指の時計回り又は反時計回りの回転中の前記特性値の変化を記録していることを特徴とする請求項21に記載の生物学的特徴検出方法。
- 前記第1特徴値行列に基づいて指紋画像を推定するステップと、
仮想指紋画像を得るために前記指紋画像の不鮮明な部分に画像処理アルゴリズムを実行するステップと、
前記仮想指紋画像を記録するステップと、
をさらに備えたことを特徴とする請求項16に記載の生物学的特徴検出方法 - 復元された指紋画像を得るために、認証のために取り込まれた指紋画像の特定の部分に対して画像処理アルゴリズムを実行するステップと、
復元された指紋画像を記録された前記仮想指紋画像と比較するステップと、
をさらに備えたことを特徴とする請求項23に記載の生物学的特徴検出方法
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