JP4266363B2

JP4266363B2 - 感圧式指紋センサ

Info

Publication number: JP4266363B2
Application number: JP2004279416A
Authority: JP
Inventors: 政巳田村
Original assignee: 日本開閉器工業株式会社
Priority date: 2004-09-27
Filing date: 2004-09-27
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2024-09-27
Also published as: JP2006092428A

Description

本発明は、指を押し付けたときの圧力の強弱から指紋の紋様を検出させる指紋感知部と指紋の紋様の凹凸による圧力の違いを電位差として取り出す検出回路部からなる装置にタッチパネル機能を付随した感圧式指紋センサに関する。

従来、基板にフィルムを積層し、指を押し付けたときの圧力の強弱から指紋の紋様を検出させる指紋感知部と指紋の紋様の凹凸による圧力の違いを電位差として取り出す検出回路部からなる感圧式指紋センサにおいて、前記感圧式指紋センサを押下した後、センサ全面を狭ピッチで走査し、押下位置及び指紋の紋様を検出していた。
特開２００４−１３８４１６号

しかしながら、上記のように構成されている感圧式指紋センサは、センサを大形化した場合、センサ全面を狭ピッチで走査していたため、押下位置及び指紋の紋様の検出に時間を要した。

本発明は、上記問題を解決するために、基板にフィルムを積層し、指を押し付けた時の圧力の強弱から指紋の紋様を検出させる指紋感知部と指紋の紋様の凹凸による圧力の違いを電位差として取り出す検出回路部からなる感圧式指紋センサにおいて、前記感圧式指紋センサにタッチパネル機能を付随し、前記感圧式指紋センサ全面を広ピッチで走査し、前記感圧式指紋センサの任意の押下位置を検出した後、得られたデータが指紋センサであるか否かを判定し、タッチパネルもしくは指紋センサのいずれかの動作を行うことを特徴とする。

本発明によれば次のような効果を奏することができる。
（１）感圧式指紋センサ全面を広ピッチで走査し、指紋センサモード時は前記感圧式指紋センサ全面を広ピッチで走査し、その後押下位置周辺のみを狭ピッチで再度走査し、得られたデータが指紋データであるか否かを判定するので、短時間で押下位置及び指紋データが検出でき、またこの効率的な走査により指紋センサ制御装置を低負荷で制御でき、それに伴いホストコンピュータも小形かつ安価な部品で製作することができる。
（２）感圧式指紋センサにタッチパネル機能を付随し、指紋センサ全面を指紋センサ制御装置で数１／１０ミリから数ミリ間隔の広ピッチでＸ、Ｙ方向とも走査させており、パネル全面で同時に複数点の押下を検出することができるので、指紋の照合を一度に複数点行い、照合率をより高めることができる。

本発明によれば、感圧式指紋センサにタッチパネル機能を付随したことにより、パネルを押下した時、広ピッチで走査を行うことにより座標を瞬時に検出し、その検出された座標付近のみを狭ピッチで再度走査し、押下されたデータが指紋データであるか否かを判断し、押下位置並びに指紋データを短時間で検出することができる。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の感圧式指紋センサの簡易図である。ガラス面からなる下部電極の各格子状にＴＦＴが構成されており、Ｙ電極はトランジスタのベース、Ｘ電極はトランジスタのコレクタに接続されている。エミッタは透明電動膜による電極になっており、全面が透明導電膜で覆われたフィルム面からなる上部電極が押下されたとき接触する構造となっている。

図２は本発明の感圧式指紋センサの構造を示す部分断面図である。上部には透明感圧シート１を配設し、該透明感圧シート１の下面には透明感圧シート透明電極２を形成し、対向する透明基板としての透明センサ本体４の上面にはセンサ本体透明電極３を形成し、透明感圧シート１と透明センサ本体４とを積層し、外観ケース５で補強して感圧式指紋センサ６を構成するため指紋検出部９が透明となり、他の表示画面上に積層できる。

このため、指紋検出部９が透明となった感圧式指紋センサ６の下にスペーサ７を設けて表示素子を組み込んだ表示装置８と積層して一体化が可能なので表示装置８が提示する文字や記号等の形体に求められる視認性を損なうことなく使用できる感圧式指紋センサが得られる。

また、指紋検出部９が透明となった感圧式指紋センサ６の下にスペーサ７を設け表示素子を組み込んだ表示装置８と積層して一体化が可能なので機器の小形化に貢献できる感圧式指紋センサを提供できる。

図３は本発明の感圧式指紋センサの分解斜視図である。感圧式指紋センサをＰＤＡ、モバイルコンピュータ等の一定の大きさの表示装置に用いたときを示し、感圧式指紋センサ２３の上には可視エリアを考慮して中央部を抜いて枠状にしたゴムシート等の柔軟性材料２２を設けてカバー２１で挟み込み、感圧式指紋センサ２３の下にはスペーサ２４を介して表示装置２５を設け表示装置２５の下にはカバー２１と嵌合する底板２６を配設する。該感圧式指紋センサ２３の大きさを大形化し、従来一本ずつ行ってきた指紋の照合を一度に多本数行い照合率をより高く保つことができ、利用目的に合わせてプログラムを専用に組み込み、該感圧式指紋センサ２３の指紋検出部２７内を位置検出のタッチパネルとしても用い、高性能の情報入力端末として使用できる構成となり、複数の機能を単独で形成する感圧式指紋センサの付いた表示モジュールを提供する。

押下位置の検出については、図４に示すように、指紋センサ制御装置により指紋センサを数１／１０ミリから数ミリ間隔の広ピッチでＸ、Ｙ方向とも走査する。例えば、Ｘ０に信号を印加している間にＹ０からＹｎに信号を印加する。次に、Ｘ１に信号を印加している間にＹ０からＹｎに信号を印加する。以降Ｘｎまで同様に繰り返し、この動作をＸ０からＸｎ間で繰り返し行う。走査についてはＹ１に信号を印加している間にＸ０からＸｎに信号を印加する。以降Ｙｎまで同様に繰り返し、この動作をＹ０からＹｎ間で繰り返すというようにＸ、Ｙを入れ替えたり、Ｘｎ→Ｘ０、Ｙｎ→Ｙ０という順序で走査することも可能である。このようにして押下位置を検出する。

次に、動作例について説明する。まず、指紋センサが指紋エリアとして動作するか、タッチパネルエリアとして動作するかがあらかじめ決められておらず、取得する押下データにより、指紋エリアまたはタッチパネルエリアとして動作する方法を動作例１として図５から図６を用いて説明する。

図５において、初めはタッチパネルエリア、指紋エリアと限定せずアイドル状態では指紋センサ全面を指紋センサ制御装置で数１／１０ミリから数ミリ間隔の広ピッチでＸ、Ｙ方向とも走査させておく（１０１）。次に、指紋センサが押下された時（１０２）、その押下された部分とその周辺部分を押下エリアとして確定する（１０３）。図６を例にとるとＸ３からＸ４、Ｙ２からＹ４が押下されたので、押下エリアはＸ２からＸ５、Ｙ１からＹ５となる。さらに図５において、押下エリアを指紋センサ制御装置により、数マイクロメートルから数百マイクロメートルオーダの狭ピッチでＸ、Ｙ方向とも再度走査し（１０４）、押下されたエリアの詳細データを取得する（１０５）。得られたデータを指紋データか否かを判定し（１０６）、指紋データと判定されれば、ホストコンピュータへ指紋データ送信、ノイズ処理、特徴点抽出、指紋データ登録、一致、不一致の判定等を行い、指紋データとしての処理を行う（１０８）。指紋データとして判定されなければ、ノイズ処理、ホストコンピュータへ位置情報を送信し、ホスト側ではマウスエミュレーションを行い、タッチパネル動作としての処理を行う（１０７）。指紋センサの押下する位置は任意の位置でよく、さらに押下エリアは複数でもよく、複数の指紋データや複数の非指紋データの組み合わせが同時に指紋センサに入力されてもよい。

次に、動作例２として指紋センサ全面がタッチパネルエリアとなっており、指紋エリアの位置が固定されない例を述べる。初めは指紋センサ全面をタッチパネルエリアとして動作させ、必要に応じてプログラム内の割り込み、モード選択ウィンドウによる選択、外部スイッチ、外部信号等により指紋エリア動作を開始させ、押下位置から指紋データを取得する。例えば、図７のシステム構成例を用いてホストコンピュータにより表示されるモード選択ウィンドウにより指紋エリアを駆動する例を説明する。図８に示すように、表示器の任意の位置にモード選択ウィンドウを表示し、必要に応じてこのウィンドウをクリックすることによりタッチパネルモードと指紋モードを切り替えることができる。これにより、例えば通常はタッチパネルモードで動作させておき、指紋データが必要なときのみ指紋モードを選択し、指紋データの検出が可能となる。

タッチパネルモード選択時は、図９のように全面タッチパネルエリアとなり、動作としては図１０に示すようにアイドル状態（２０１）では指紋センサ全面を指紋センサ制御装置により数１／１０ミリから数ミリ間隔の広ピッチでＸ、Ｙ方向とも走査しており、指紋センサが押下されると（２０２）、指紋センサ制御装置によりセンサ押下位置を取得し（２０３）、ノイズ処理を行い、ホストコンピュータへ位置情報を送信し、ホストコンピュータ側ではマウスエミュレーション等のセンサ押下位置情報処理を行う（２０４）。

指紋モード選択時は、図１１に示すように、指紋センサの押下がない時点ではまだ指紋エリアの位置は確定されず数１／１０ミリから数ミリ間隔でＸ、Ｙ方向を走査しながらアイドル状態を繰り返している（３０１）。指紋センサが押下されると（３０２）、その周辺座標も含めて指紋エリアとして確定される（３０３）。例えば、図６ではＸ３からＸ４、Ｙ２からＹ４が押下されたので、指紋エリアはＸ２からＸ５、Ｙ１からＹ５と確定される。そして、この確定された指紋エリアを指紋エリア制御装置によって数マイクロメートルから数百マイクロメートルオーダの狭ピッチでＸ、Ｙ方向とも走査され（３０４）、指紋データの取得（３０５）、指紋データの処理（３０６）が行われる。ただし、動作例１でも述べたように、指紋エリアの数は複数でもよく、押下される位置も限定されないものとする。

次に、動作例３として指紋エリアが少なくとも一ヶ所に固定される例を述べる。例として、図１２に示すように、表示器の画面上の任意の位置にモード選択ウィンドウを表示し、必要に応じてこのアイコンをクリックすることにより、タッチパネルモードとタッチパネル、指紋共用モードを選ぶことができる。

タッチパネルモード選択時は、動作例２で述べたように、図９のように全面タッチパネルエリアとなり、図１０に示すようにアイドル状態（２０１）では指紋センサ全面を指紋センサ制御装置により数１／１０ミリから数ミリ間隔の広ピッチでＸ、Ｙ方向とも走査しており、指紋センサが押下されると（２０２）、指紋センサ制御装置によりセンサ押下位置を取得し（２０３）、ノイズ処理を行い、ホストコンピュータへ位置情報を送信し、ホストコンピュータ側ではマウスエミュレーション等のセンサ押下位置情報処理を行う（２０４）。

タッチパネル、指紋共用モード選択時は、指紋センサの少なくとも一箇所に指紋エリアが配設固定される。その後、図１３に示すようにアイドル状態では指紋センサ全面を数１／１０ミリから数ミリ隔の広ピッチでＸ、Ｙ方向とも走査する（４０１）。走査の方法は他の動作例と同様にＸ０に信号を印加している間にＹ０からＹｎに信号を印加する。以降Ｘｎまで同様に繰り返した後は同様の動作をＸ０からＸｎ間で繰り返す。走査はＹ１に信号を印加している間にＸ０からＸｎに信号を印加する。以降Ｙｎまで同様に繰り返し、この動作をＹ０からＹｎ間で繰り返すというようにＸ、Ｙを入れ替えてもよい。また、Ｘｎ→Ｘ０、Ｙｎ→Ｙ０という順序で走査することも可能である。指紋センサの押下がなければアイドル状態のままである。

タッチパネルエリア押下時（４０３）はセンサ押下位置情報を取得し（４０４）、その得られた情報をセンサ制御装置によりノイズ処理、ホストコンピュータへ位置情報を送信しホストコンピュータ側ではマウスエミュレーション等の処理を行う（４０５）。

指紋エリア押下時（４０６）はこれまで数１／１０ミリから数ミリ間隔で走査していた間隔を数マイクロから数百マイクロメートルの狭ピッチでＸ、Ｙ方向に走査し指紋データを取得後（４０８）、ホストコンピュータへ指紋データ送信、ノイズ処理、指紋データ登録、一致不一致判定等の指紋データ処理（４０９）を行う。

次に、動作例４としてあらかじめ指紋エリアが定位置に固定される例を示す。システムの構成例は図７と同様である。表示機の画面上に指紋センサを配設し、該指紋センサが押下された場合、制御装置によりセンサ押下位置を取得し、タッチパネルとしてのノイズ処理、ホストコンピュータへ位置情報を送信等の制御を行い、ホストコンピュータコンピュータではマウスエミュレーションを行う。この構成例を用いて行った実施例の詳細図を図１６に示す。センサ左上部分を指紋エリアとし、他をタッチパネルエリアとする。使用者が混同しないように表示機画面上では指紋エリアとタッチパネルエリアが識別できるように、色、文字等により区別しておく。

図１４のように指紋エリアが押下された時、前記指紋エリア内を前記指紋センサ制御装置により数マイクロメートルから数百マイクロメートルの狭ピッチでＸ、Ｙ方向とも走査し、指紋データを検出する。

指紋エリア以外であるタッチパネルエリアが押下された時は動作例２のタッチパネルモードと同じように、指紋センサ全面を指紋センサ制御装置により数１／１０ミリから数ミリ間隔の広ピッチでＸ、Ｙ方向とも走査しており、指紋センサが押下されると、指紋センサ制御装置によりセンサ押下位置を取得し、ノイズ処理を行い、ホストコンピュータへ位置情報を送信し、ホストコンピュータ側ではマウスエミュレーション等のセンサ押下位置情報処理を行う。

図７のシステム構成例を用いた時の指紋センサ制御装置によるセンサ制御フローは図１３と同様に、アイドル状態では指紋センサ全面を数１／１０ミリから数ミリ隔の広ピッチでＸ、Ｙ方向とも走査する（４０１）。走査の方法は他の動作例と同様にＸ０に信号を印加している間にＹ０からＹｎに信号を印加する。以降Ｘｎまで同様に繰り返した後は同様の動作をＸ０からＸｎ間で繰り返す。走査はＹ１に信号を印加している間にＸ０からＸｎに信号を印加する。以降Ｙｎまで同様に繰り返し、この動作をＹ０からＹｎ間で繰り返すというようにＸ、Ｙを入れ替えてもよい。また、Ｘｎ→Ｘ０、Ｙｎ→Ｙ０という順序で走査することも可能である。指紋センサの押下がなければアイドル状態のままである。

指紋エリア押下時（４０６）はこれまで数１／１０ミリから数ミリ間隔で走査していた間隔を数マイクロから数百マイクロメートルオーダの狭ピッチでＸ、Ｙ方向に走査し指紋データを取得後（４０８）、ホストコンピュータへ指紋データ送信、ノイズ処理、指紋データ登録、一致不一致判定等の指紋データ処理（４０９）を行う。

他のシステム構成例１として、図１５に示すように指紋センサの制御は制御装置もしくはホストコンピュータコンピュータのみでもよい。

他のシステム構成例２として、図１６に示すように、ホストコンピュータコンピュータ内に制御装置を内蔵してもよい。

他のシステム構成例３として、セキュリティ等の用途によっては図９に示すような指紋エリア、タッチパネルエリアの区別表示は不要とする場合もある。

動作例５として図１７に示すように、指紋エリアは左上に限定されず、指紋センサ内であれば任意の位置に設定することが可能である。

動作例６として、図１８に示すように、指紋エリアは一ヶ所に限定されず、複数あってもよい。また、これらの位置は指紋センサ内であれば任意の位置に設定することが可能である。

また、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の感圧式指紋センサの簡易図である。本発明の感圧式指紋センサの構造を示す部分断面図である。本発明の感圧式指紋センサの分解斜視図である。本発明の感圧式指紋センサの詳細図である。本発明の動作例１における指紋センサ制御装置の動作フローである。本発明の動作例１と動作例２における感圧式指紋センサの詳細図である。本発明におけるシステム構成例である。本発明の動作例２における表示器の詳細図である。本発明の動作例２と動作例３におけるタッチパネルモード選択時の感圧式指紋センサの詳細図である。本発明における動作例２と動作例３におけるタッチパネルモード選択時の指紋センサ制御装置の動作フローである。本発明における動作例２における指紋モード選択時の指紋センサ制御装置の動作フローである。本発明の動作例３における表示器の詳細図である。本発明の動作例３におけるタッチパネル、指紋共用モード選択時の指紋センサ制御装置の動作フローである。本発明の動作例４における感圧式指紋センサの詳細図である。本発明の他のシステム構成例１である。本発明の他のシステム構成例２である。本発明の動作例５における感圧式指紋センサの詳細図である。本発明の動作例６における感圧式指紋センサの詳細図である。

符号の説明

１透明感圧シート
２透明感圧シート透明電極
３センサ本体透明電極
４透明センサ本体
５外観ケース
６、２３感圧式指紋センサ
７、２４スペーサ
８、２５表示装置
９、２７指紋検出部
１０表示エリア
２１カバー
２２柔軟性材料
２６底板

Claims

指を押し付けたときの圧力の強弱から指紋の紋様を検出させる指紋感知部と指紋の紋様の凹凸による圧力の違いを電位差として取り出す検出回路部からなる感圧式指紋センサにおいて、前記感圧式指紋センサにタッチパネル機能を付随し、アイドル状態では前記感圧式指紋センサ全面を広ピッチで走査し、前記感圧式指紋センサの任意の位置を押下した時、広ピッチの走査により押下位置を検出した後、押下位置周辺のみを再度狭ピッチで走査し、得られたデータが指紋データであるか否かを判定し、タッチパネルもしくは指紋センサのいずれかの動作を行うことを特徴とした感圧式指紋センサ。
感圧式指紋センサにタッチパネル機能を付随し、アイドル状態では前記感圧式指紋センサ全面を広ピッチで走査し、前記感圧式指紋センサの任意の位置を押下した時、広ピッチの走査により押下点を検出した後、再度押下点周辺のみを狭ピッチで走査し、得られた指紋データを前記感圧式指紋センサを制御する指紋センサ制御装置とホストコンピュータにより処理することを特徴とした請求項１記載の感圧式指紋センサ。
感圧式指紋センサにタッチパネル機能を付随し、指紋を検出する指紋エリアを前記指紋センサに少なくとも一ヶ所配設し、指紋エリア以外であるタッチパネルエリアを押下した時は前記感圧式指紋センサ全面を広ピッチで走査し押下点を検出し、指紋エリアを押下した時は前記感圧式指紋センサ全面を広ピッチで走査し押下点を検出した後、再度押下点周辺のみを狭ピッチで走査し、得られた指紋データを前記感圧式指紋センサを制御する指紋センサ制御装置とホストコンピュータにより処理することを特徴とした請求項１記載の感圧式指紋センサ。