JP2005028152A - 指紋認識集積回路 - Google Patents

Abstract

【課題】指紋認識システムをＬＳＩチップ上に構成でき、非常に小さい指紋認識システムを構成することが可能な指紋認識集積回路を提供する。
【解決手段】本発明は、指紋による凹凸を電気信号に変換するセンサ回路を複数敷き詰め、指を接触させることにより該指の指紋を電気信号として検出するセンサ手段と、予め指紋データを登録するメモリ回路から構成される指紋記憶手段と、センサ手段から送出された電気信号と、指紋記憶手段内の指紋データとの照合を行う指紋認識手段とを１つの集積回路上に搭載する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、指紋認識集積回路に係り、特に、指紋の凹凸を感知するセンサを集積回路上に複数敷き詰めた指紋センサとして用いられる指紋認識集積回路に関する。

図９は、従来の指紋認識システムの構成を示す。従来の指紋認識を行う指紋認識システムは、指紋を採取する指紋読み取り装置１０、読み取った指紋をデータベース３０内の指紋データと照合する外部認証装置２０、認識結果に基づいて処理を行う処理装置４０から構成される（例えば、特許文献１参照）。

なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
特開平５−７３６８６号公報

しかしながら、上記従来の指紋認識システムにおける構成は、システム全体が大きなものになってしまい、任意の場所に応用することは不可能である。また、それぞれの装置が分離しているため、これらの装置間でのデータ転送時に情報を改ざんし、不正な認識を行うことが可能となってしまうという問題がある。

図１は、本発明の原理構成図である。本発明の指紋認識集積回路１００は、指紋による凹凸を電気信号に変換する１個のセンサ回路を備え、指を接触させることにより該指の指紋を電気信号として検出するセンサ手段１１０と、予め指紋データを登録するメモリ回路から構成される指紋記憶手段１２０と、センサ手段１１０から送出された電気信号と指紋記憶手段１２０内の指紋データとの照合を行う指紋認識手段１３０との組を１つの画素として集積回路上に搭載する。

また、本発明の指紋認識集積回路１００は、センサ手段１１０と指紋記憶手段１２０と指紋認識手段１３０とを２次元状に配置したものである。
また、本発明の指紋認識集積回路１００は、センサ手段１１０を指紋記憶手段１２０または指紋認識手段１３０の上に形成したものである。
また、本発明の指紋認識集積回路１００は、画素を複数有するものである。
また、本発明の指紋認識集積回路１００は、さらに、全体の認識結果を集計する集計装置を有し、画素毎の指紋認識手段１３０は、画素単位で照合を行って、認識結果を集計装置に送るようにしたものである。

また、本発明の指紋認識集積回路１００のセンサ手段１１０は、接触面を有し、該接触面の凹凸を静電容量に変換する素子を含む。
また、本発明の指紋認識集積回路１００のセンサ手段１１０は、発光回路と、指の皮膚で反射した該発光回路からの光を受ける受光回路とを含む。
また、本発明の指紋認識集積回路１００のセンサ手段１１０は、２つの金属面と、該金属面の間に充填された緩衝剤とから構成され、指紋の凹凸による緩衝剤の収縮に基づいて、金属面間の静電容量変化に変換する。

また、本発明の指紋認識集積回路１００のセンサ手段１１０は、２つの金属面と、該金属面間に充填された緩衝剤とから構成され、指紋の凹凸に基づいて、緩衝剤の空洞部分を介して、上層金属面と下層金属面とが接触することにより、２つの金属面が等電位になるように構成する。
また、本発明の指紋認識集積回路１００は、センサ手段１１０と指紋認識手段とを配線により結線し、センサ手段１１０と指紋認識手段との間の配線が、半導体集積回路１００の基板上に層間膜を挟んで配置する。

上記のように、本発明は、指紋の凹凸を感知するセンサ（センサ手段１１０）を集積回路１００上に複数敷き詰め、指紋センサとして用いる。また、このセンサが採取した指紋を同じ集積回路に混載した指紋認識手段で認識し、予め登録しておいた、指紋との照合を高速に行う。これにより、従来より大幅に小さい指紋認識システムを構築でき、ＩＣカード等の指紋認識による認証を取り入れることが可能となる。

上述のように、本発明の指紋認識集積回路によれば、指紋を採取するセンサ装置を集積回路上に形成し、認識装置、指紋メモリを同じ集積回路上に形成することにより、指紋認識システムを集積回路上に構成でき、非常に小さい指紋認識システムを実現することができる。

さらに、集積回路の基板上に層間膜等を挟みセンサ装置と認識装置とを挟む配線層を形成して、認識装置がセンサ装置の容量を測定することにより、単純な構成で微細化を可能とし、指紋データの解像度を向上させることが可能である。さらに、発光回路が発光し、指の反射に対して受光回路での受光の強度で指紋の凹凸を検知することにより、センサ装置に対して指を直接接触させないため、センサ装置の形状を変化させる必要がなく、高信頼性のセンサ装置を構成することができる。

また、センサ回路に金属パッドと上層金属の２つの金属面を緩衝剤で挟むことにより、指が触れると緩衝剤の収縮により金属間の距離が変化することにより、指の接触部分の指紋の凹凸を検知することが可能であり、微細化が可能であるため、指紋データの解像度を向上させることができると共に、保護膜で保護することで、金属等に直接指が触れることがなく、センサ回路の劣化を防止できる。

また、センサ回路に金属パッドと上層金属の２つの金属面の間が空洞となるように、緩衝剤で挟む構成とするとにより、指の接触時における緩衝剤の収縮による電位の変化を測定することにより、微細化が可能であり、指紋データの解像度を向上させることが可能である。さらに、センサ装置を認識装置や指紋メモリ等の論理回路部分の上に構成することにより、指紋認識集積回路のサイズを小さくすることが可能であり、消費電力を削減することができる。また、サイズが小さくなることから、同程度の面積が許容されるセンサ装置では、認識装置において大規模な回路を用いることができ、認識精度や認識速度が向上する。

さらに、センサ回路、認識回路、指紋メモリの組を１つの画素とすることにより、並列処理が可能となり、全体の認識処理時間を短縮することができる。また、画素数を数えることにより、容易にセンサ回路の面積の変更、解像度の変更が容易になる。

図２は、本発明の指紋認識集積回路の基本構成を示す。同図に示す構成は、指紋を採取するセンサ装置１１０を集積回路チップ上に形成し、読み取ったデータを認識する認識装置１３０、認識する指紋の見本となる指紋メモリ１２０を同じチップ上に形成するものである。

また、センサ装置１１０は、大きさ数μｍのセンサ回路１１１を複数並べたものであり、認識装置１３０は、通常の論理回路で構成された認識を行う回路である。この構成では、指紋認識システムを集積回路チップ上に構成でき、非常に小さい指紋認識システムが実現可能となる。このため、ＩＣカードのような小さく薄いもの等、任意の場所に指紋認識システムを組み込むことが可能となる。

さらに、センサ装置１１０や認識装置１３０等が一つの集積回路チップ上にあるため、これらの装置間のデータ転送時にデータの改ざんが不可能になり、不正な認識を防ぐことが可能となる。

以下、図面と共に本発明の実施例を説明する。
［第１の実施例］
図３は、本発明の第１の実施例のセンサ回路の構成を示す。同図に示す構成は、接触面３０１、層間膜３０２、配線層３０３、及び基板３０４から構成される。

同図に示すセンサ回路１１１は、接触面３０１の静電容量を測定し、接触面が触れている部分の指紋の凹凸を検知するものである。集積回路の基板３０４上に層間膜等挟み、センサ回路１１１と認識装置１３０の容量を測定する。この構成は非常に単純であり、微細化が可能なため、読み込む指紋データの解像度を向上させることが可能である。

［第２の実施例］
図４は、本発明の第２の実施例のセンサ回路の構成を示す。同図に示す構成は、層間膜３０２、配線層３０３、基板３０４、発光回路３０５、受光回路３０６及び、透明保護膜３０７から構成される。同図に示すセンサ回路１１１は、発光回路３０５が発し、指の皮膚に反射して、当該センサ回路１１１に戻ってきた光を受光回路３０６が受光し、その光の強度でセンサ回路１１１の上部の指紋の凹凸を検知するものである。集積回路の基板３０４上に層間膜３０２を挟み、センサ回路１１１と認識装置１３０間を結ぶ配線が通る２つの配線層３０３が形成され、この配線を用いて、認識回路１３０は、発光回路３０５の発光の制御や、各受光回路３０６の受光強度の測定を行う。発光回路３０５と受光回路３０６は、透明な保護膜で覆われる。発光回路３０５が発する光は、透明保護膜３０７を透過し、指に反射し、再び透明保護膜３０７を透過して受光回路に届く。

この構成は、センサ回路１１１に対し、非接触であり、測定時にセンサ回路１１１の形状を変化させる必要もないため、信頼性の高いセンサ装置１１０を構成することが可能となる。
［第３の実施例］
図５は、本発明の第３の実施例のセンサ回路の構成を示す。

同図に示すセンサ回路１１１は、層間膜３０２、配線層３０３、基板３０４、パッド３０８、保護膜３０９、上層金属３１０、及び緩衝剤３１１から構成される。同図に示すセンサ回路１１１は、金属パッド３０８と上層金属３１０の２つの金属面を柔軟な緩衝剤３１１で挟んだものであり、指紋の凸部が触れると、その圧力により、緩衝剤３１１が収縮し、金属間の距離が変化し、このとき変化するパッド３０８の容量を測定し、センサ回路１１１上に触れている部分の指紋の凹凸を検知するものである。集積回路の基板上に層間膜３０２等を挟みセンサ回路１１１と認識装置１３０を結ぶ配線が通る配線層３０３が形成され、この配線を用いて、認識回路１３０は、各センサ回路１１１の容量を測定する。また、上層金属の表面は保護膜３０９で保護する。

この構成は、非常に単純であり、微細化が可能なため、読み込む指紋データの解像度を向上させることが可能である。また、保護膜３０９で保護することが可能なために金属等に直接触れるとがなく、センサ回路１１１の劣化を防ぐことが可能である。さらに、保護膜３０９は不透明でよく、保護膜上への印刷等も可能である。

［第４の実施例］
図６は、本発明の第４の実施例のセンサ回路の構成を示す。同図に示す構成は、基本的には、図５に示す第３の実施例と同様の構成であるが、金属パッド３０８と上層金属３１０との２つの金属面をパッド３０８上は空洞３１２になるように、柔軟な緩衝剤で挟んだもので、指紋の凸部が触れると、その圧力により緩衝剤が収縮し、適当な電位の与えられた上層金属３１０が金属パット３０８に接触し、このとき変化するパット３０８の電位を測定したセンサ回路１１１上に触れている部分の指紋の凹凸を検知するものである。集積回路の基板３０４上に層間膜３０２等を挟み、センサ回路１１１と認識装置１３０とを結ぶ配線が通る配線層３０３が形成され、この配線を用いて認識回路１３０は各センサ回路１１１の電位を測定する。また、上層金属３１０の表面は保護膜３０９で保護する。

この構成は、非常に単純であり、微細化が可能なために読み込む指紋データの解像度を向上させることが可能である。また、保護膜で保護することが可能であるため金属等に直接触れることがなく、センサ回路１１１の劣化を防ぐことができる。さらに、保護膜３０９は不透明でよく、保護膜３０９への印刷等も可能である。

［第５の実施例］
図７は、本発明の第５の実施例の指紋認識集積回路１００の構成を示す。同図に示す指紋認識集積回路１００は、図２の基本構成に対して、センサ装置１１０を認識装置１３０や指紋メモリ１２０等の論理回路部分の上に形成するものである。

はじめに、集積回路の基板３０４上に通常の論理回路プロセスで認識装置１３０や指紋メモリ１２０の回路を形成する。この後、当該集積回路上に、センサ装置１１０を形成することで、この構成を実現することができる。この構成にすることによって、指紋認識集積回路１００のチップサイズを小さくすることが可能となり、センサ回路１１０から認識装置１３０への配線も短縮できるため、この指紋認識集積回路１００の消費電力を削減することが可能となる。また、認識装置１３０にセンサ装置１１０と同程度の面積が許されるため、認識装置１３０により、複雑で大規模な回路を用いることが可能となり、認識精度や認識速度の向上が可能となる。

［第６の実施例］
図８は、本発明の第６の実施例の指紋認識集積回路１００の構成を示す。同図（Ａ）は、図３の指紋認識集積回路１００に対し、センサ装置１１０内のセンサ回路個々または、数個毎に認識回路１３０や指紋データを保持する指紋メモリ１２０の組を１つの画素に設定するものである。

同図（Ｂ）は、前述の第５の実施例と同様に、基板３０４上に設けられた論理回路装置の上層のセンサ層に認識回路１３０を設け、さらに当該論理回路装置の上層のセンサ層にセンサ装置１１０を搭載し、１つの画素に設定するものである。センサ装置１１０と認識回路１３０と指紋メモリ１２０の組を画素と呼び、認識は画素毎あるいは、周囲の画素との協力によって行われる。認識結果は集計装置に送られ、全体の認識結果が集計される。

縮することが可能である。また、画素の数を変えることで、容易に読み取り部の面積を変更したり、読み取りの解像度を変更したりすることが可能である。また、同図（Ｂ）に示すように、前述の第５の実施例と同様にセンサ装置１１０と認識装置１３０等の論理回路を重ねることにより、面積や消費電力を削減することが可能となる。

なお、本発明は、上記の実施例に限定されることなく、特許請求の範囲内で種々変更・応用が可能である。

本発明は、指紋認識を行う指紋認識システムに適用することができる。

本発明の原理構成図である。 本発明の指紋認識集積回路１００の基本構成図である。 本発明の第１の実施例のセンサ回路の構成図である。 本発明の第２の実施例のセンサ回路の構成図である。 本発明の第３の実施例のセンサ回路の構成図である。 本発明の第４の実施例のセンサ回路の構成図である。 本発明の第５の実施例の指紋認識集積回路１００の構成図である。 本発明の第６の実施例の指紋認識集積回路１００の構成図である。 従来の指紋認識システムの構成図である。

符号の説明

１００…指紋認識集積回路、１１０…センサ装置、センサ手段、１１１…センサ回路、１２０…指紋メモリ、指紋記憶手段、１３０…認識装置、認識回路、指紋認識手段、３０１…接触面、３０２…層間膜、３０３…配線層、３０４…基板、３０５…発光回路、３０６…受光回路、３０７…透明保護膜、３０８…パッド。

Claims (10)

1. 指紋による凹凸を電気信号に変換する１個のセンサ回路を備え、指を接触させることにより該指の指紋を電気信号として検出するセンサ手段と、
   予め指紋データを登録するメモリ回路から構成される指紋記憶手段と、
   前記センサ手段から送出された前記電気信号と前記指紋記憶手段内の指紋データとの照合を行う指紋認識手段との組を１つの画素として集積回路上に搭載したことを特徴とする指紋認識集積回路。
2. 請求項１記載の指紋認識集積回路において、
   前記センサ手段と前記指紋記憶手段と前記指紋認識手段とを２次元状に配置したことを特徴とする指紋認識集積回路。
3. 請求項１記載の指紋認識集積回路において、
   前記センサ手段を前記指紋記憶手段または前記指紋認識手段の上に形成したことを特徴とする指紋認識集積回路。
4. 請求項１又は２記載の指紋認識集積回路において、
   前記画素を複数有することを特徴とする指紋認識集積回路。
5. 請求項４記載の指紋認識集積回路において、
   さらに、全体の認識結果を集計する集計装置を有し、
   画素毎の前記指紋認識手段は、画素単位で前記照合を行って、認識結果を前記集計装置に送ることを特徴とする指紋認識集積回路。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の指紋認識集積回路において、
   前記センサ手段は、接触面を有し、該接触面の凹凸を静電容量に変換する素子を含むことを特徴とする指紋認識集積回路。
7. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の指紋認識集積回路において、
   前記センサ手段は、発光回路と、指の皮膚で反射した該発光回路からの光を受ける受光回路とを含むことを特徴とする指紋認識集積回路。
8. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の指紋認識集積回路において、
   前記センサ手段は、２つの金属面と、該金属面の間に充填された緩衝剤とから構成され、指紋の凹凸による緩衝剤の収縮に基づいて、前記金属面間の静電容量変化に変換することを特徴とする指紋認識集積回路。
9. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の指紋認識集積回路において、
   前記センサ手段は、２つの金属面と、該金属面間に充填された緩衝剤とから構成され、指紋の凹凸に基づいて、前記緩衝剤の空洞部分を介して、上層金属面と下層金属面とが接触することにより、２つの金属面が等電位になるように構成することを特徴とする指紋認識集積回路。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の指紋認識集積回路において、
    前記センサ手段と前記指紋認識手段とを配線により結線し、前記センサ手段と前記指紋認識手段との間の前記配線を、半導体集積回路の基板上に層間膜を挟んで配置することを特徴とする指紋認識集積回路。
    

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