專利名稱：指紋檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及指紋檢測裝置，尤其涉及具有對手指照射光的光源和檢測指紋 影像的影像檢測機構，并基于影像檢測機構的檢測信號檢測指紋的指紋檢測裝 置。
背景技術：
在一般的指紋;f企測裝置中，為了降低電力消耗，利用控制系統的軟件使指 紋傳感器處于動作狀態對指紋進行攝像，反過來探測手指與指紋檢測裝置接觸 的情況并啟動軟件對指紋圖像進行攝像，為了便于使用和低消耗電力，在電池 驅動系統中多采用后者。在光學式指紋檢測裝置中，作為探測手指與攝像面接觸的情況的方法，有 通過電阻變化、靜電電容變化等的電磁式地進行探測的方法或利用在外部制作 的光學裝置進行探測的方法，但是，由于手指的狀態(濕的手指或干燥的手指) 或氣候等的影響難以進行可靠的動作。另夕卜，在電阻變化探測方式或靜電電容 變化探測方式中，由于在接觸手指的部位形成電極，所以，比電極高能量的靜 電有可能通過在穿著化纖衣物時易引起的靜電放電進入裝置內部而破壞電路。另一方面，光學式地;險測手指的裝置對周圍的亮度、太陽光下等的干擾易 引起誤動作，為了在各種環境下發揮功能，使用檢測手指接觸時所拍攝的指紋 的凹凸來進行判斷的方式(例如，參照專利文獻l:特開2005-202694號公報)。另外，在光學式地檢測手指的裝置中，為了進行^r測，必須點亮光源，在 以攜帶電話為代表的電池驅動的機器方面不易使用。在上述的光學式手指檢測裝置中，通過研究構造或檢測算法，可實現手指 接觸探測功能。但是，為了實現滿足的手指檢測功能需要追加部件，所以存在 制品成本提高等問題。另外，檢測指紋的凹凸來判斷的方式，由于判斷檢測的基準值根據例如屋 外陽光下或夜間等周圍環境較大地變動，所以也難以使用。發明內容本發明是鑒于上述問題而提出的技術方案，其目的在于提供一種不使用用 于滿足手指檢測功能的追加部件，而是通過構造和適當的檢測算法，即使手指 與可靠的手指接觸探測功能件不完全接觸，也能夠探測其接近的指紋檢測裝 置。為了解決以上課題，本發明的指紋檢測裝置具有對手指照射光的光源和檢 測指紋影像的影俜J險測機構，并基于影像檢測機構的檢測信號檢測上述指紋， 其特征在于，具有手指4全測機構，該手指檢測機構從影係4企測機構取得檢測信 號，并基于與未點亮對手指照射光的光源時以影像檢測機構檢測出的根據周邊 環境光的背景信號的差分，檢測手指接觸或接近影像檢測機構的情況。另外，影像傳感器具有在手指接近檢測部時，主要引導透過手指內部或 在手指內部漫反射的光的像導；以及檢測透過像導的影像的影像傳感器。 背景信號是在光源處于熄滅的狀態時用影像檢測機構檢測出的檢測信號。 另外，本發明特征在于，還具有指紋檢測處理機構，其在用手指檢測機構 檢測出手指接近了的情況時，用影像檢測機構取得指紋影像并發送到上一級裝 置。手指檢測機構間歇性地檢測手指接近影像檢測機構的情況。 在用手指檢測機構檢測出手指接近了影像;險測機構的情況時，使指纟丈檢測 處理機構處于動作狀態。 本發明具有以下效果。根據本發明，通過從影像檢測機構取得檢測信號，并基于檢測信號和手指 不存在時用影像檢測機構檢測出的背景信號的差分，檢測手指接近影像檢測機 構的情況，從而不必為了檢測手指接近的情況而設置專用的檢測機構，所以， 不使用用于滿足手指檢測功能的追加部件，而是通過構造和適當的檢測算法， 即使手指與可靠的手指接觸探測功能件不完全接觸，也能夠探測其接近。
圖l是本發明的一實施例的立體圖。 圖2是本發明的一實施例的剖面圖。 圖3是本發明的一實施例的結構方框圖。
圖4是影像傳感器122的俯視圖。 圖5是影像傳感器122的結構方框圖。 圖6是影像傳感器122的動作說明圖。 圖7是影像傳感器122的動作說明圖。圖8是手指接觸檢測動作時的系統控制器132的處理流程圖。圖9是手指接觸檢測動作時的時間圖。圖中100—指紋檢測裝置，111 —電路板，112—發光二極管，113—影像檢測部， 114—電子部件，115—密封樹脂，121—像導，122—影像傳感器，131—模擬 數字轉換器，132—系統控制器，133—驅動器，134—接口電路，135—連接器， 141—半導體基板，142—攝像元件，201—光電二極管陣列，202—圖像傳輸開 關，203 —圖像存儲元件，204—圖像傳輸接口。
具體實施方式
以下對本發明的實施方式進行說明。圖1是表示本發明的一實施例的立體圖，圖2是表示本發明的一實施例的 剖面圖，圖3是表示本發明的一實施例的結構方框圖。本實施例的指紋檢測裝置IOO是在電路板111上搭載發光二極管112、影 像檢測部113以及各種電子部件114，并利用密封樹脂115密封的結構，使用 用于指紋檢測的發光二極管112以及影傳4企測部113進行手指探測，在手指探 測時進行指紋檢觀'J，并提供給上一級裝置。因此，不必為了探測手指接觸動作 而重新追加部件。即，在本實施例中，通過只變更系統控制系統便實現手指探 測。發光二極管112由驅動器133驅動而發光。由發光二極管112發出的光， 透過樹脂115射入手指101。另外，在本實施例中，作為密封樹脂115，使用 了透過由發光二極管112發出的光的樹脂，但是，作為密封樹脂使用遮斷光的 樹脂也可以，在這種情況下，只要在圖1所示的發光二極管112和頂面之間裝 有透過光的樹脂塊即可。射入到手指101的光在手指內部漫反射，并供給影像 檢測部113。影像4企測部113由像導121及影像傳感器122構成。像導121束緊多個光
纖固定后，如圖2所示，成為對電路板iii僅傾斜角度e °來配置的結構，其兩端面以與電路板111平行的方式被切斷、研磨。像導121使從空氣等折射率小的介質射入一方端面的光在端面反射，在另一方端面不凈皮引導，從折射率大 的手指等射入一方端面的光射入到光纖，由光纖引導而從另一方端面射出。因 此，光在指紋的槽部分不被引導，光在指紋的凸起部分被引導而從另一方端面射出。另外，在本實施例中，像導121的傾斜方向雖然向影像傳感器122的短 方向傾斜，但是也可設置為向像導傳感器121的長方向傾斜。 圖4表示影像傳感器122的俯視圖。影像傳感器122采用在半導體基板141上線狀排列攝像元件142的結構。 像導121和影像傳感器122配置成攝像元件142的排列方向和像導121的延伸 方向大體一致。另外，在本實施例中，采用了將攝像元件142設為一條線的結構，但為多 條線也可以，另外，相鄰的攝像元件142配置成鋸齒狀的結構也可以。影像傳 感器122利用系統控制器132控制動作，將從像導121的另一端面射出的光轉 換成電信號。由影像傳感器122取得的電信號作為模擬圖像信號供給模擬數字 轉換器131。模擬數字轉換器131將從影像傳感器122供給的模擬圖像信號轉換成例如 具有256灰度級的8比特或具有16灰度級的4比特的數字數據。用模擬數字 轉換器131轉換的數字數據供給系統控制器132。系統控制器132對由模擬數字轉換器131供給的數字數據進行數據處理， 并供給接口電路134。接口電路134通過連接器135連接到未圖示出的主系統， 將用系統控制器132處理的數字數據傳輸到主系統。另外，連接器135包含在 封裝的集成電路上常使用的BGA連接端子或引線框端子等焊接用端子。另夕卜，系統控制器132生成用于驅動控制影係_傳感器122的傳感器控制信 號，供給影像傳感器122，并且生成控制模擬數字轉換器131的ADC控制信 號，供給模擬數字轉換器131。還有，系統控制器132生成驅動控制發光二極 管112的點亮控制信號，并供給驅動器133。而且，系統控制器132作為動作模式具有兩個動作模式。例如是指紋圖像 取得模式及手指接觸探測模式。另外，還有根據情況具有系統完全停止模式的
系統控制器132的電力消耗與動作時鐘和電路規模大致成比例。即在要求 低電力消耗的手指接觸探測模式中，需要以低的動作時鐘和盡量少的電路進行 動作。因此，在判斷了手指接觸時，使用該信號進行系統控制器132的動作模式 切換。或者，將該信號與主系統連接而進行系統控制器132的控制。 在這里，說明圖像存儲計時和圖像數據輸出計時的關系。 首先，對影像傳感器122進行說明。 圖5表示影像傳感器122的結構方框圖。影像傳感器122由光電二極管陣列201、圖像傳輸開關202、圖像存儲元 件203以及4妾口 204構成。光電二極管陣列201由配置成陣列狀的光電二極管構成，通過圖像傳輸開 關202與圖像存儲元件203連接。儲存在圖像存儲元件203中的圖像數據通過 圖像傳輸接口 204輸出到影像傳感器的外部。通過光電轉換儲存在光電二極管 陣列201中的電荷利用來自系統控制器132的圖像保持信號，通過圖像傳輸開 關202傳輸到圖像存儲元件203中。其次，被傳輸的電荷利用來自系統控制器132的圖像傳輸時鐘，通過圖像 接口 204輸出到外部。圖6、圖7表示影像傳感器122的動作說明圖。圖6 (A)、圖7 (A)表 示圖像保持信號，圖6 (B)表示儲存在影像傳感器122中的電荷，圖6 (C) 表示儲存在圖4轉儲元件203中的電荷，圖6 (D)表示圖像傳輸時鐘，圖6 (E)、圖7(C)表示輸出信號，圖7 (B)表示LED控制信號。在圖6 (A)所示的圖像保持信號205的區間1，儲存在光電二極管陣列 201中的電荷Q-1利用位于圖6 (A)所示的區間-1和區間-2之間的圖像保持 信號被傳輸到圖像存儲元件203中。被傳輸的電荷利用圖6 (D)所示的圖像 傳輸時鐘在區間-2之間向外部傳輸。在圖7 (A)所示的區間-5，使圖7 (B)所示的LED控制信號處于接通 狀態，在點亮發光二極管112時，在區間-4儲存在光電二極管陣列201中的電 荷為在歐7所示的剩余處在區間-5輸出的輸出信號，并以與電荷量成比例的電 壓值輸出。此時輸出的圖像信號為發光二極管112非亮燈時的背景數據。在區 間-6輸出的數據為在區間-5儲存的圖像數據，為發光二極管112點亮時的圖 像數據。圖8是表示進行手指接觸檢測動作時的系統控制器132的處理流程圖。系統控制器132在步驟S1-1中經過一定時間后，在步驟Sl-2與在內部生 成的指紋檢測脈沖同步發出圖像保持信號，并一直待機到下一個圖像保持信 號。與圖像保持信號同步在步驟Sl-3控制驅動器133，使發光二極管112發光， 在步驟Sl-4中控制影像傳感器122以及模擬數字轉換器131，并讀取影像， 將取得的數字數據中例如中央或其周邊的攝像元件142的攝像數據作為背景 攝像數據BK來取得。這里所取得的圖像數據為發光二極管112熄滅時的數據。另夕卜，對于取得中心的攝像元件142或其附近的攝像元件的數據，要想取 得準確的指紋圖像，必須將手指放在攝像元件的中央，所以準確地放手指時， 通過僅探測最初接觸的手指肚的中央便能夠滿足功能。取得手指探測用的攝像數據的圖像基本上只用1像素就足夠，但是為了去 除干擾，也可使用2像素或4像素或8像素的數據的加算值或平均值。采用2 的乘方像素是為了簡化演算電路。根據電路也可以不是2的乘方。為了降低電 力消耗，最好以盡可能少的像素來判斷。在取得背景攝像數據BK后或取得過程中，系統控制器132在步驟Sl-5 中控制驅動器133，使發光二極管112熄滅。發光二極管112的亮燈時間由預 定的亮燈時間支配。其次，與圖像保持信號同步，在步驟Sl-6中控制影像傳 感器122以及模擬數字轉換器131,并讀取影像，取得的數字數據中，與作為 背景攝像數據BK取得的攝像元件相同，例如將中央或其周邊的攝像元件142 作為背景攝像數據BG來取得。然后，為了進行手指接觸探測，在步驟Sl-7中，系統控制器132判斷(SG -BK)是否比閾值TH大。在判斷的差為256灰度級的數據的場合，采取例 如10至100程度的值。值小的場合，手指接觸探測靈敏度較高，對于太陽光 等干擾光容易誤動作。值大的場合，手指接觸探測靈敏度較低，對于干擾光難 以誤動作。有必要根據使用該裝置的環境設定適當的值。在步驟Sl-7中，系統控制器132在(SG-BK)比闊值TH大的場合，通
過使手指接觸或接近像導121的一方端面，使被導向像導121的另一方的端面 上的光增多，能夠判斷出與背景攝像數據BK相比，這次攝像數據SG比閾值 TH大，因此，判斷為手指接觸或接近像導121的一方端面，并在步驟Sl-8中 進行指紋攝像處理。另外，在步驟Sl-7中，在判斷(SG-BK)比閾值TH小的場合，由于攝 像數據SG與背景攝像數據BK相比沒有明顯變化，所以判斷為手指沒有接觸 或接近像導121的一方端面，并返回步驟Sl-l繼續進行處理。接著說明進行手指接觸;險測動作時的動作。圖9表示指紋^f企測時的時間圖。圖9 (A)表示指紋^r測脈沖，圖9 (B)表示圖像保持信號，圖9 (C) 表示發光控制信號，圖9 (D)表示數據傳輸計時，圖9(E)表示手指接觸判 斷信號。步驟Sl-l在進行經過一定時間后的指紋;險測處理時，若圖9 (A)所示的 指故檢測脈沖上升，則系統控制器132開始進行通常的圖像讀取動作，并產生 圖9 (B)所示的圖像保持信號。影像傳感器122與圖像保持信號的上升脈沖 tll同步，使儲存在光電二極管陣列201中的電荷復位，在與下一個圖像保持 信號上升脈沖時刻t12之間，將背景攝像數據(BK)儲存在光電二極管陣列 201中。接著，與圖像保持信號的上升脈沖t12同步，儲存在光電二極管陣列201 中的背景攝像數據(BK)被傳輸到圖像存儲元件203中，然后，儲存在光電 二極管陣列201中的電荷被復位。系統控制器132在時刻t13使發光控制信號上升，并控制驅動器133,使 發光二極管112發光。通過使發光二極管122發光，使光射入手指101，從像 導121向影像傳感器122的入射光增加，與指紋相應的光被進行光電變換，并 作為電荷被儲存在影像傳感器122中。發光控制信號主要在時刻t15下降，使 發光二極管112熄滅。發光二極管112的亮燈時間(tl5-113)預先設定在系 統控制器132中。與時刻tl3相繼從時刻tl4儲存在影像傳感器122中的電荷轉換成電壓值， 與由系統控制器132供給的圖9 (B)所示的系統時鐘同步送到ADC131中進
行模擬-數字轉換。該圖像數據為儲存在時刻tll至時刻tl2之間的背景攝像數 據(BK)。進行與上述同樣的動作，在時刻t17至時刻t18之間，用發光二極管112 照明的攝像數據(SG)從影像傳感器122被送到ADC131。此時，以連續的3次掃描時間間隔進行1次手指接觸探測。即，通常進行 攝像時，圖3所示的方框的幾乎全部都進行連續動作，但進行手指接觸檢測時， 通過使其在一定時間例如100亳秒一次等間歇性地動作，可大幅度降低電力消 耗。另夕卜，在使用中央及其周邊的攝像元件142進行手指接觸檢測的場合，不 必點亮周圍的發光二極管112,僅點亮中央的發光二極管112。由此，可將發 光二極管112的電力消耗降低到通常的指紋檢測動作時的1/3。另外，根據本實施例，背景攝像數據BK在一定短時間(數百財少)內觀 察的話變化較小。從而，由于背景攝像數據BK也反映在手指接觸判斷區間， 因此易于捕捉到手指單純地接觸指紋傳感器時的受光量的變化。由此，能可靠 地檢測手指的接近。另外，在理想狀態下，像導僅將手指接觸時的圖像傳播給攝像元件，但根 據像導的表面粗糙度或構成像導的光纖的傾斜角，盡管手指不接觸也可傳播圖 像。在這種狀況下，可探測出手指接近指紋傳感器表面的狀態。再有，在本實施例中，將影像檢測部113由像導121和影像傳感器122構 成，但如果是不使用像導121的構造，也能夠積極地排除干擾光的影響而測定 手指和攝像元件的距離。指紋圖像通過重復t12至t18的動作，取得多條相當于一條線部分的圖像 并由線圖像構成一般的面圖像。通過使手指與像導121的一方端面正交滑動來 取得面圖像。例如，假設圖9 (A)所示的掃描脈沖的時間間隔為100li秒，在 取得析像度為600dpi的圖像的場合，手指的移動速度直到42.3pm ( 600dpi時 的像素間距)+10(^秒=42.3(^1/秒可取得沒有缺失的圖像。另外，取得指紋閨 f^時的一^l的掃描脈沖的時間間隔采用100]i秒至40(V秒的場合多。另外，本發明并不限定于上述實施例，在不脫離本發明的宗旨的范圍內當然可以有各種變形例。
權利要求
1.一種指紋檢測裝置，具有對手指照射光的光源和檢測指紋影像的影像檢測機構，并基于上述影像檢測機構的檢測信號檢測上述指紋，其特征在于，具有手指檢測機構，該手指檢測機構從影像檢測機構取得檢測信號，并基于與未點亮對手指照射光的光源時以影像檢測機構檢測出的根據周邊環境光的背景信號的差分，檢測手指接觸或接近影像檢測機構的情況。
2. 根據權利要求1所述的指紋檢測裝置，其特征在于， 上述影像檢測機構具有在上述手指接近檢測部時主要引導透過上述手指內部或在上述手指內部反射、散射的光的像導；以及檢測透過上述像導的影像 的影像傳感器。
3. 根據權利要求1所述的指紋檢測裝置，其特征在于， 上述背景信號是在上述光源處于熄滅的狀態時用上述影像檢測機構檢測的檢測信號。
4. 根據權利要求1所述的指紋檢測裝置，其特征在于， 具有指紋檢測處理機構，該指紋檢測處理機構在用上述手指檢測機構檢測出上述手指接近的情況時，用上述影傳4企測機構取得上述指紋影像并發送到上 一級裝置。
5. 根據權利要求1所述的指紋檢測裝置，其特征在于， 上述手指檢測機構間歇性地檢測上述手指接近上述影^^r測機構的情況。
6. 根據權利要求4所述的指纟丈檢測裝置，其特征在于，在用上述手指4企測機構檢測出上述手指接近了上述影像檢測機構時，使上 述指紋檢測處理機構處于動作狀態。
全文摘要
本發明涉及具有對手指照射光的光源和檢測指紋影像的影像檢測機構，并基于影像檢測機構的檢測信號檢測指紋的指紋檢測裝置，目的在于提供一種不使用滿足手指檢測功能的追加部件，而是通過構造和適當的檢測算法，即使手指與可靠的手指接觸探測功能件不完全接觸，也能夠檢測其接近的指紋檢測裝置。本發明的指紋檢測裝置具有對手指照射光的光源和檢測指紋影像的影像檢測機構，并基于影像檢測機構的檢測信號檢測上述指紋，其特征在于，具有手指檢測機構，該手指檢測機構從影像檢測機構取得檢測信號，并基于與未點亮對手指照射光的光源時以影像檢測機構檢測出的根據周邊環境光的背景信號的差分，檢測手指接觸或接近影像檢測機構的情況。
文檔編號G06K9/00GK101131732SQ20071010910
公開日2008年2月27日 申請日期2007年6月11日 優先權日2006年8月24日
發明者井芹陽一, 田原良則, 長下賢一郎 申請人:三美電機株式會社