指紋認識装置

【課題】指紋センサに指の腹が接触し、さらに接地電極に指が確実に接触するようにして、常に理想的な状態で高精度の指紋認識を可能とすること。
【解決手段】指紋を検出する指紋センサ１０と、指紋検出時に対向電極となる指を接地電位とするための接地電極３と、前記指紋センサ１０と前記接地電極３が取り付けられる絶縁性の基板１とを備え、指紋の検出を行うとき、前記基板１を指紋を検出する指と他の指とで挟む構造とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指紋を特定するため効果的な指紋検出を行うことができる指紋認識装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報処理装置において、本人以外のオペレーションを排除するためのセキュリティ対策として数々の方式が存在するが、指紋認識装置は小型で簡単な方式であること、安価であることから、広く一般に普及してきている。
【０００３】
指紋認識装置では、一般には指紋センサは水平に設置されており、その上に指をおいて指紋を検知する。静電式指紋センサの場合は、指は接地された電極としての役目を果たす（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図５は従来の指紋センサの説明図である。図５において、静電式のセンサである指紋センサ１０には、二酸化シリコン等の絶縁体（基板）の中に複数の検出素子１２が等間隔に配列されている。接地させた指１６を指紋センサ１０の表面に接触させると、指の指紋の山１８が検出素子１２に近づき、近づいた検出素子１２の電極との間で容量変化が生じる。この容量変化は指紋の山１８の部分で大きく、谷１９の部分で小さくなる。このため、この容量変化を２次元画像として検出して、指紋認識が行われる。
【０００５】
図６は従来の指紋認識装置の説明図（１）である。図６において、指紋認識装置の断面を示しており、指紋認識装置には、絶縁基板１の中央に指紋センサ１０があり、指紋センサ１０の周囲を囲うように接地電極３が配置される。この図６（断面図）のように指が接地電極３に接触するように置くことが前提となる。指を指紋センサ１０の検出面に平行に置くことで、指紋認識装置の接地電極３が指１６で接触して正常な動作が行われ、同時に指１６の腹の部分が指紋センサ１０のセンサ面に密接し、精度の高い指紋の認識が行える。このように指紋認識を行うには、指紋認識を行う指１６が指紋センサ１０と接地電極３に同時に接触する必要があった（例えば、特許文献２、３参照）。
【０００６】
図７は従来の指紋認識装置の説明図（２）である。図７において、指紋認識装置の認識精度が低下する場合の説明であり、指紋認識を行う指１６が接地電極３に接触していないものである。
【０００７】
また、指紋認識装置をマウスに取り付けたタイプがある（例えば、特許文献４、５参照）。さらに、光学式では、指を斜面部に置く構造としたものも考えられていた（例えば、特許文献３の図８参照）。
【特許文献１】米国特許第６０１６３５５号明細書
【特許文献２】特開平１１−１５５８３７号公報
【特許文献３】特開２０００−２２２５５５号公報
【特許文献４】特開平１０−１４３２７０号公報
【特許文献５】特開２０００−２８４９０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来のものは、指を置く位置の構造も様々あるが、個人個人の指の置き方も様々であり、例えば図７に示したように指紋センサ１０に指先を置くだけの時もある。この場合は、指がアース（接地電極３）に接触しないのみならず、指紋データも指先だけとなり認識精度が著しく低下するものであった。
【０００９】
通常人が指先を机上に置く動作は、指先を置くのが普通の動作である。即ち、図７に示した状態である。しかし、単体の指紋認識装置は指紋センサを水平に置き、指をセンサ面に沿って水平に置くことを期待して配置されている。この理由は、指紋認識装置がコンパクトにできるからであった。
【００１０】
静電式の指紋センサを使用した指紋認識装置に関して、指紋センサ周囲に配置されたアース（接地電極）をいかに精度よく指に接触させるか重要となる。したがって、本発明は、指紋認識を行う指と他の指とで指紋認識装置を挟んでセンサ面に所望の指を置くことで、常に理想的な状態、つまり指紋センサに指の腹が接触し、さらに指紋センサ周囲に配設された接地電極に確実に接触するようにして、高精度の指紋認識が行えるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
図１は本発明の指紋認識装置の説明図である。図１中、１は基板（本体基板）、２は台、３は接地電極、１０は指紋センサ、１６は指紋を検出する指である。
【００１２】
本発明は、上記の課題を解決するため次のように構成した。
【００１３】
（１）：指紋を検出する指紋センサ１０と、指紋検出時に対向電極となる指を接地電位とするための接地電極３と、前記指紋センサ１０と前記接地電極３が取り付けられる絶縁性の基板１とを備え、指紋の検出を行うとき、前記基板１を指紋を検出する指と他の指とで挟む構造とする。このため、指紋センサに指の腹が接触し、さらに指紋センサの周囲や裏面に配設された接地電極に指が接触するので、常に理想的な状態で高精度の指紋認識が可能となる。
【００１４】
（２）：前記（１）の指紋認識装置において、前記接地電極３は、前記基板１の同一平面で前記指紋センサ１０の周囲に配置される。このため、基板を指紋を検出する指と他の指とで挟んだ時、指紋センサの周囲に配設された接地電極に指が接触するので、確実に指が接地され高精度の指紋認識が可能となる。
【００１５】
（３）：前記（１）の指紋認識装置において、前記接地電極３は、前記指紋センサ１０が配置されている前記基板１の裏面に配置される。このため、指紋センサに指の腹が接触し、さらに指紋センサの裏面に配設された接地電極に指（例えば、親指）が接触するので、さらに確実に指が接地され高精度の指紋認識が可能となる。
【００１６】
（４）：前記（１）〜（３）の指紋認識装置において、前記基板１は、垂直に固定される。このため、人間が、例えば親指と指紋を検出する他の指で基板を挟むときは必然的に他の指の腹を当てるようになり、指紋検出には望ましい状態となり、しかもある程度の力で挟むので、接地電極に必ず接触する状態が自然の動作の中からできる（使いやすい構造となる）。
【００１７】
（５）：前記（１）〜（４）の指紋認識装置において、前記接地電極３を押圧することにより作動するスイッチを備え、前記スイッチが作動した時、指紋の検出を開始する。このため、必要な時のみ指紋認識動作をさせることができ、雑音等による誤動作を防止することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば次のような効果がある。
【００１９】
（１）：指紋の検出を行うとき、基板を指紋を検出する指と他の指とで挟む構造とするため、指紋センサに指の腹が接触し、さらに指紋センサの周囲や裏面に配設された接地電極に指が接触するので、常に理想的な状態で高精度の指紋認識が可能となる。
【００２０】
（２）：接地電極は、基板の同一平面で指紋センサの周囲に配置されるため、基板を指で挟んだ時、指紋センサの周囲に配設された接地電極に指が接触するので、確実に指が接地され高精度の指紋認識が可能となる。
【００２１】
（３）：接地電極は、指紋センサが配置されている基板の裏面に配置されるため、基板を指で挟んだ時、指紋センサに指の腹が接触し、さらに指紋センサの裏面に配設された接地電極に指が接触するので、より確実に指が接地され高精度の指紋認識が可能となる。
【００２２】
（４）：基板が、垂直に固定されるため、人間が、例えば親指と指紋を検出する他の指で基板を挟むときは必然的に他の指の腹を当てるようになり、指紋検出には望ましい状態となり、しかもある程度の力で挟むので、接地電極に必ず接触する状態が自然の動作の中からできる（使いやすくなる）。
【００２３】
（５）：接地電極を押圧することにより作動するスイッチを備え、スイッチが作動した時、指紋の検出を開始するため、必要な時のみ指紋認識動作をさせることができ、雑音等による誤動作を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
通常、人が指を机上に置くのは指先を接触させる動作が普通である。これは手先の構造上水平に置くのは無理があるからである。従って、静電式センサを使用し指でアースを取ることが要求される指紋認識装置に関しては、自然な指の動作に合わせた検出が行われるのが望ましい。
【００２５】
このような観点から、本発明は指紋認識装置の縦型構成を提案するものである。縦型に配置された指紋センサを親指と挟んでセンサ面に所望の指を置くので、常に理想的な状態、つまり指紋センサに指の腹が接触し、さらに指紋センサ周囲に配設された接地電極に接触するので高精度の指紋認識が可能となる。
【００２６】
（１）：指紋認識装置の説明
図１は本発明の指紋認識装置の説明図であり、図１（ａ）は指紋認識装置の説明、図１（ｂ）は指紋認識の説明である。図１（ａ）において、指紋認識装置は、本体の基板１が台２に固定されており、基板１には中央に指紋センサ１０があり、指紋センサ１０の周囲に接地電極３が配置されている。基板１は、絶縁性で台２に固定されるものである。台２は、指紋認識装置の基板１を固定するものである。接地電極３は、指紋センサ１０の周囲を囲うように配置されるものである。指紋センサ１０は、複数の検出素子が複数等間隔に配列された図５と同様の静電式のセンサである。
【００２７】
図１（ｂ）において、指紋センサ１０と周囲に配置された接地電極３は、ほぼ同一面で垂直に配置され、指紋検出時に親指と指紋検出する指１６（例えば、同じ腕の人差し指）とで挟む構造とする。人間が親指と他の指で物を挟むときは必然的に他の指の腹を当てるようになる。従って、指紋検出には、望ましい状態であり、しかもある程度の力で挟むので、センサ周囲の接地電極に必ず指が接触する状態が自然の動作の中からできることとなる。
【００２８】
（２）：指紋センサ面と反対面に接地電極を設ける場合の説明
図２は指紋センサ面と反対面に接地電極を設ける説明図であり、図２（ａ）は指紋認識装置の説明、図２（ｂ）は指紋認識の説明である。図２（ａ）において、指紋認識装置は、指紋センサ１０が取付けられた本体の基板１の裏面に接地電極３が取り付けられている。他の構造は図１と同じである。
【００２９】
指紋を検出する指１６と反対側である親指側に接地電極３が設けられている。この場合は、図２（ｂ）のように、指紋検出時に親指と指紋検出する指１６（例えば、人差し指）とで挟むことにより、より確実に指が接地されることとなる。
【００３０】
図３は接地電極を裏面全体に設ける場合の説明図である。図３において、指紋認識装置は、指紋センサ１０が取付けられた本体の基板１の裏面の全面に接地電極３が取り付けられている。この場合は、指紋検出時に親指と指紋検出する指１６とで、基板１を挟む（指紋センサ１０と接地電極３を挟む）ことにより、親指は基板１の裏面のどこと接触してもよいため、さらに確実に指が接地されることとなる。
【００３１】
（３）：動作開始スイッチを設ける場合の説明
図４は動作開始スイッチを設ける場合の説明図である。図４において、指紋認識装置の本体の基板１の中央部に指紋センサ１０が設けてあり、基板１の裏面には接地電極３が絶縁性の板４に固定して配置されている。また、板４は、弾性体５を介して基板１に取り付けられている。接地電極３には、指紋認識動作開始スイッチ６を構成する一方の接点があり、基板１側に他方の接点がある。
【００３２】
指紋認識動作開始スイッチ６は、接地電極３が押圧されることにより、弾性体５が圧縮されるため、接地電極３側の接点と基板１側の接点が接触してオン（閉）となる。これにより、指紋認識装置の指紋の認識動作が行われる。
【００３３】
上記では弾性体５は、板４に固定される説明をしたが、接地電極３と基板１の間に固定するようにしてもよい。また、弾性体５は、コイルバネ、板バネ、ゴム等で構成することができる。このように、接地電極３にかかる圧力を感知して動作する指紋認識動作開始スイッチ６を設けることにより、必要な時のみ指紋認識動作をさせることができ、雑音等による誤動作を防止することができる。
【００３４】
なお、前記の例では、指紋認識動作開始スイッチ６は、基板１の裏面に接地電極３を設けた指紋認識装置に取り付ける説明をしたが、指紋センサ１０と接地電極３が同一面に配置されるものにも適用することができる。
【００３５】
また、接地電極３をアース電位に接続する説明をしたが、他の電位（基準電位）と接続するようにしてもよい。
【００３６】
さらに、親指を指紋検出する指１６とする場合は、親指を指紋センサ１０に接触させ、他の指（人差し指等）で基板１を挟むようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の指紋認識装置の説明図である。
【図２】本発明の指紋センサ面と反対面に接地電極を設ける説明図である。
【図３】本発明の接地電極を裏面全体に設ける場合の説明図である。
【図４】本発明の動作開始スイッチを設ける場合の説明図である。
【図５】従来の指紋センサの説明図である。
【図６】従来の指紋認識装置の説明図（１）である。
【図７】従来の指紋認識装置の説明図（２）である。
【符号の説明】
【００３８】
１基板（本体基板）
２台
３接地電極
１０指紋センサ
１６指紋を検出する指

【特許請求の範囲】
【請求項１】
指紋を検出する指紋センサと、
指紋検出時に対向電極となる指を接地電位とするための接地電極と、
前記指紋センサと前記接地電極が取り付けられる絶縁性の基板とを備え、
指紋の検出を行うとき、前記基板を指紋を検出する指と他の指とで挟む構造とすることを特徴とする指紋認識装置。
【請求項２】
前記接地電極は、前記基板の同一平面で前記指紋センサの周囲に配置されることを特徴とした請求項１記載の指紋認識装置。
【請求項３】
前記接地電極は、前記指紋センサが配置されている前記基板の裏面に配置されることを特徴とした請求項１記載の指紋認識装置。
【請求項４】
前記基板は、垂直に固定されることを特徴とした請求項１〜３のいずれかに記載の指紋認識装置。
【請求項５】
前記接地電極を押圧することにより作動するスイッチを備え、
前記スイッチが作動した時、指紋の検出を開始することを特徴とした請求項１〜４のいずれかに記載の指紋認識装置。

【図１】