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JP4229201B2 - Input device, information device, and control information generation method - Google Patents
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JP4229201B2 - Input device, information device, and control information generation method - Google Patents

Input device, information device, and control information generation method Download PDF

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JP4229201B2 JP2007195582A JP2007195582A JP4229201B2 JP 4229201 B2 JP4229201 B2 JP 4229201B2 JP 2007195582 A JP2007195582 A JP 2007195582A JP 2007195582 A JP2007195582 A JP 2007195582A JP 4229201 B2 JP4229201 B2 JP 4229201B2
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Description

本発明は、入力装置、これを含む情報装置及び制御情報生成方法に関する。   The present invention relates to an input device, an information device including the same, and a control information generation method.

入力装置は、電子機器(情報機器又は情報装置)の操作部に用いられる。例えば、ユーザが入力装置を操作することにより、電子機器では、入力装置から出力された制御情報(操作情報)を用いて、表示部に表示されるポインタを移動させたり、表示部の画像をスクロールさせたりする。この入力装置については、ユーザの操作性を低下させないことが必要とされる。   The input device is used for an operation unit of an electronic device (information device or information device). For example, when the user operates the input device, the electronic device uses the control information (operation information) output from the input device to move the pointer displayed on the display unit or scroll the image on the display unit. I will let you. For this input device, it is necessary not to deteriorate the operability of the user.

入力装置として、例えば3次元空間上の任意の位置を指示する際の操作性を向上させたものがある。この入力装置では、まず基準点を設定する。指示位置が画面上に現れていない場合には、該基準点を中心にした移動と、該基準点と視点とを結ぶ直線に沿った移動とを組み合わせて行って、視点を移動させた後、移動後の視点から3次元空間を再表示する。指示位置が画面上に現れている場合には、画面上でカーソルを移動させる(例えば、特許文献1)。このような操作を可能にすることで、この入力装置では、いわゆる6軸方向の操作を行う必要がなくなる。
特開平5−40571号公報
As an input device, for example, there is one that improves operability when an arbitrary position in a three-dimensional space is designated. In this input device, first, a reference point is set. When the indicated position does not appear on the screen, after moving the viewpoint by combining movement around the reference point and movement along a straight line connecting the reference point and the viewpoint, Redisplay the three-dimensional space from the viewpoint after movement. When the indicated position appears on the screen, the cursor is moved on the screen (for example, Patent Document 1). By enabling such an operation, it is not necessary to perform a so-called 6-axis operation in this input device.
Japanese Patent Laid-Open No. 5-40571

ところが、特許文献1に開示されている入力装置では、携帯型の情報機器に適用することは困難である。また携帯型の情報機器に適用する場合、バッテリ駆動による動作が可能で、小型化が可能な構成であることが必要となる。さらに、上述した機能を有する入力装置は、高度な情報処理を行う3次元CAD装置や仮想実体験装置等のみならず、より少ない処理負荷で携帯電話やPDAに適用できることが望ましい。   However, the input device disclosed in Patent Document 1 is difficult to apply to a portable information device. In addition, when applied to a portable information device, it is necessary to have a configuration that can be operated by a battery and can be downsized. Furthermore, it is desirable that the input device having the above-described functions can be applied not only to a three-dimensional CAD device and a virtual actual experience device that perform advanced information processing, but also to a mobile phone or PDA with a smaller processing load.

本発明は、以上のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、処理負荷を増大させることなく、これまで以上に操作性を向上させることが可能な入力装置、情報装置及び制御情報生成方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above technical problems, and an object of the present invention is to provide an input device capable of improving operability more than ever without increasing the processing load. An information device and a control information generation method are provided.

本発明の他の目的は、超小型かつ超軽量で、これまで以上に操作性を向上させることが可能な入力装置、情報装置及び制御情報生成方法を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide an input device, an information device, and a control information generation method that are ultra-compact and ultra-light and can improve operability more than ever.

上記課題を解決するために本発明は、被検出物を移動させることにより制御情報を生成する入力装置であって、被検出物の画像を取り込む画像取込部と、前記画像取込部により取り込まれた画像の特徴点を抽出する特徴点抽出部と、基準位置と、前記特徴点の位置との差分を求める差分算出部と、前記差分に対応した制御情報を出力する制御情報出力部とを含む入力装置に関係する。   In order to solve the above problems, the present invention is an input device that generates control information by moving an object to be detected, the image capturing unit capturing an image of the object to be detected, and the image capturing unit capturing the image A feature point extraction unit that extracts feature points of the image, a difference calculation unit that obtains a difference between a reference position and the position of the feature point, and a control information output unit that outputs control information corresponding to the difference Concerning input device including.

本発明においては、移動する被検出物の画像の特徴点を抽出し、基準位置からの差分に対応した制御情報を出力するようにしたので、該特徴点を用いた比較処理を行えばよい。そのため、被検出物の画像の移動により制御情報を出力させる入力装置の処理負荷を軽減することができる。   In the present invention, the feature point of the image of the moving object to be detected is extracted and the control information corresponding to the difference from the reference position is output. Therefore, the comparison process using the feature point may be performed. Therefore, it is possible to reduce the processing load of the input device that outputs the control information by moving the image of the detected object.

また本発明に係る入力装置では、前記基準位置は、少なくとも1フレーム以上前の前記被検出物の画像から抽出された特徴点の位置であってもよい。   In the input device according to the present invention, the reference position may be a position of a feature point extracted from an image of the detected object at least one frame before.

本発明によれば、1フレーム以上前のフレームの該被検出物の画像を用いるようにしたので、フレーム周期で画像を取り込み、フレーム単位で制御情報の出力を行わせることができる。これにより、より高精度な制御情報を生成することができる。   According to the present invention, since the image of the object to be detected of one or more previous frames is used, it is possible to capture an image at a frame period and output control information in units of frames. Thereby, more accurate control information can be generated.

また本発明は、被検出物を移動させることにより制御情報を生成する入力装置であって、被検出物の画像を取り込む画像取込部と、前記画像取込部により取り込まれた画像の面積を求める面積算出部と、少なくとも1フレーム以上前の前記被検出物の画像の面積と、前記面積算出部により求められた面積との差分を求める差動算出部と、前記差分に対応した制御情報を出力する制御情報出力部とを含む入力装置に関係する。   The present invention is also an input device that generates control information by moving an object to be detected, the image capturing unit capturing an image of the object to be detected, and an area of the image captured by the image capturing unit. An area calculation unit to be obtained; a differential calculation unit for obtaining a difference between an area of the image of the detection object at least one frame before and an area obtained by the area calculation unit; and control information corresponding to the difference The present invention relates to an input device including a control information output unit for outputting.

本発明によれば、取り込んだ被検出物の画像の面積について、フレーム間の差分を求め、該差分に対応した制御情報を出力するようにしたので、取り込んだ画像の位置の移動に限定されない新たな軸方向の制御指示を行うことができるようになる。これにより、これまで以上に操作性を向上させることが可能となる。   According to the present invention, the difference between frames is obtained for the area of the captured image of the detected object, and the control information corresponding to the difference is output, so that the new position is not limited to the movement of the position of the captured image. It becomes possible to perform a control instruction in the axial direction. Thereby, it becomes possible to improve operability more than before.

また本発明に係る入力装置では、前記画像取込部が検出面を有し、該検出面に接する被検出物の画像を取り込み、前記制御情報出力部は、前記検出面に垂直な軸方向の前記被検出物の移動量に対応した制御情報を出力することができる。   In the input device according to the present invention, the image capturing unit has a detection surface, captures an image of an object to be detected that is in contact with the detection surface, and the control information output unit has an axial direction perpendicular to the detection surface. Control information corresponding to the amount of movement of the detected object can be output.

本発明によれば、検出面に接する被検出物の画像の面積の変化により、該検出面と垂直な軸(Z軸)方向の被検出物の移動量を特定することができるので、検出面上の互いに垂直な第1及び第2の軸方向の移動のみならず、これと垂直な軸方向への移動に対応した制御情報(Δz)を生成することができる。これにより、これまで以上に操作性を向上させることが可能となる。   According to the present invention, the amount of movement of the detection object in the direction of the axis (Z axis) perpendicular to the detection surface can be specified by the change in the area of the image of the detection object in contact with the detection surface. Control information (Δz) corresponding to not only the movement in the first and second axial directions perpendicular to each other but also the movement in the axial direction perpendicular thereto can be generated. Thereby, it becomes possible to improve operability more than before.

また本発明は、被検出物を移動させることにより制御情報を生成する入力装置であって、検出面を有し、該検出面に接する被検出物の画像を取り込む画像取込部と、前記画像取込部により取り込まれた画像の重心位置を求める重心位置算出部と、前記画像の特徴点を抽出する特徴点抽出部と、少なくとも1フレーム以上前の前記被検出物の画像の重心位置と、前記重心位置算出部により求められた重心位置との第1の差分(ΔX1、ΔY1)を求める重心位置移動検出部と、少なくとも1フレーム以上前の前記被検出物の画像の特徴点の位置と、前記特徴点抽出部により抽出された特徴点の位置との第2の差分(ΔX2、ΔY2)を求める特徴点位置移動検出部と、前記第1及び第2の差分に基づいて、前記検出面上の互いに直交する第1又は第2の軸(X軸又はY軸)回りの回転角度を検出する回転角度検出部とを含み、前記回転角度検出部は、前記第1の差分の前記第1の軸方向成分(ΔX1)から前記第2の差分の前記第1の軸方向成分(ΔX2)を差し引いて前記第2の軸(Y軸)回りの回転角度(γ)を求めると共に、前記第1の差分の前記第2の軸方向成分(ΔY1)から前記第2の差分の前記第2の軸方向成分(ΔY2)を差し引いて前記第1の軸(X軸)回りの回転角度(α)を求め、前記第1又は第2の軸回りの回転角度に対応した制御情報を出力する入力装置に関係する。   Further, the present invention is an input device that generates control information by moving a detection object, having an detection surface, an image capturing unit that captures an image of the detection object that is in contact with the detection surface, and the image A center-of-gravity position calculation unit for obtaining a center-of-gravity position of an image captured by the capturing unit, a feature point extraction unit for extracting a feature point of the image, a center of gravity position of the image of the detected object at least one frame before, A center-of-gravity position movement detection unit for obtaining a first difference (ΔX1, ΔY1) from the center-of-gravity position obtained by the center-of-gravity position calculation unit; and a position of a feature point of the image of the detected object at least one frame before A feature point position movement detection unit that obtains a second difference (ΔX2, ΔY2) from the feature point position extracted by the feature point extraction unit; and on the detection surface based on the first and second differences. First or orthogonal to each other A rotation angle detection unit that detects a rotation angle around two axes (X axis or Y axis), and the rotation angle detection unit calculates the first difference from the first axial component (ΔX1) of the first difference. A rotation angle (γ) around the second axis (Y axis) is obtained by subtracting the first axial component (ΔX2) of the second difference, and the second axial direction of the first difference A rotation angle (α) about the first axis (X axis) is obtained by subtracting the second axial component (ΔY2) of the second difference from a component (ΔY1), and the first or second The present invention relates to an input device that outputs control information corresponding to a rotation angle around an axis.

本発明においては、第1の軸回りの回転角度を、第1の差分の第2の軸方向成分(ΔY1)から第2の差分の第2の軸方向成分(ΔY2)を差し引いて求め、第2の軸回りの回転角度を、第1の差分の第2の軸方向成分(ΔY1)から第2の差分の第2の軸方向成分(ΔY2)を差し引いて求めるようにしている。これにより、2次元的な被検出物の画像から、被検出物の3次元的な移動(回転)に関する第1及び第2の軸回りの制御情報(α、γ)を、処理負荷をかけることなく生成することができる。したがって、これまで以上に操作性を向上させることが可能な入力装置を提供することができる。   In the present invention, the rotation angle around the first axis is obtained by subtracting the second axial component (ΔY2) of the second difference from the second axial component (ΔY1) of the first difference, The rotation angle around the axis of 2 is obtained by subtracting the second axial component (ΔY2) of the second difference from the second axial component (ΔY1) of the first difference. As a result, a processing load is applied to the control information (α, γ) about the first and second axes related to the three-dimensional movement (rotation) of the detected object from the two-dimensional detected object image. Can be generated. Therefore, it is possible to provide an input device that can improve operability more than ever.

また本発明に係る入力装置では、前記回転角度検出部は、少なくとも1フレーム以上前の前記被検出物の画像の特徴点の位置が、基準点を中心に前記特徴点抽出部により抽出された特徴点の位置に回転した角度を、前記検出面と垂直な第3の軸回りの回転角度として求め、前記第3の軸回りの回転角度に対応した制御情報を出力することができる。   In the input device according to the present invention, the rotation angle detection unit is characterized in that the position of the feature point of the image of the detected object at least one frame before is extracted by the feature point extraction unit around a reference point. The angle rotated to the position of the point is obtained as a rotation angle around the third axis perpendicular to the detection surface, and control information corresponding to the rotation angle around the third axis can be output.

本発明によれば、被検出物の画像の特徴点について、基準点を中心とした回転角度を求めることができるので、より少ない処理負荷で、検出面と垂直な第3の軸回りの回転角度に対応した制御情報(β)を生成することができ、これまで以上に操作性を向上させることが可能な入力装置を提供することができる。   According to the present invention, the rotation angle around the reference point can be obtained for the feature point of the image of the object to be detected. Therefore, the rotation angle around the third axis perpendicular to the detection surface can be obtained with less processing load. Can be generated, and an input device capable of improving operability more than ever can be provided.

また本発明に係る入力装置では、前記第2の差分の前記第1の軸方向成分(ΔX2)から前記第2の軸(Y軸)回りの回転角度(γ)に所与の第1の係数(a)で重み付けされた値を差し引いて、前記第1の軸(X軸)方向の移動に対応した制御情報(Δx)を出力し、前記第2の差分の前記第2の軸方向成分(ΔY2)から前記第1の軸(X軸)回りの回転角度(α)に所与の第2の係数(b)で重み付けされた値を差し引いて、前記第2の軸(Y軸)方向の移動に対応した制御情報(Δy)を出力することができる。   In the input device according to the present invention, a first coefficient given from the first axial component (ΔX2) of the second difference to a rotation angle (γ) about the second axis (Y axis). The control information (Δx) corresponding to the movement in the first axis (X axis) direction is output by subtracting the value weighted in (a), and the second axial component (2) of the second difference ( By subtracting a value weighted by a given second coefficient (b) from the rotation angle (α) around the first axis (X axis) from ΔY2), the second axis (Y axis) direction Control information (Δy) corresponding to the movement can be output.

また本発明に係る入力装置では、前記第1の差分の前記第1の軸方向成分(ΔX又はΔX)から前記第2の軸(Y軸)回りの回転角度(γ)に所与の第1の係数(a)で重み付けされた値を差し引いて、前記第1の軸(X軸)方向の移動に対応した制御情報(Δx)を出力し、前記第1の差分の前記第2の軸方向成分(ΔY又はΔY)から前記第1の軸(X軸)回りの回転角度(α)に所与の第2の係数(b)で重み付けされた値を差し引いて、前記第2の軸(Y軸)方向の移動に対応した制御情報(Δy)を出力することができる。 In the input device according to the present invention, a given rotation angle (γ) about the second axis (Y axis) can be obtained from the first axial component (ΔX G or ΔX M ) of the first difference. The control information (Δx) corresponding to the movement in the first axis (X-axis) direction is output by subtracting the value weighted by the first coefficient (a), and the second difference of the first difference is output. By subtracting a value weighted by a given second coefficient (b) from the axial component (ΔY G or ΔY M ) to the rotation angle (α) around the first axis (X axis), the second The control information (Δy) corresponding to the movement in the direction of the axis (Y axis) can be output.

本発明によれば、被検出物の画像の特徴点又は重心位置の移動に対し、各軸方向の回転角度を加味して被検出物の第1及び第2の軸方向の移動を検出するようにしたので、被検出物の移動の仕方(ユーザが被検出物を移動させる癖等)に応じて、最適な第1及び第2の軸方向の移動を検出することができる。これにより、第1又は第2の軸回りの制御情報を出力させる場合に、高精度に第1又は第2の軸方向の制御情報を出力させることができ、これまで以上に操作性を向上させることが可能な入力装置を提供することができる。   According to the present invention, the movement of the detected object in the first and second axial directions is detected in consideration of the rotation angle in each axial direction with respect to the movement of the feature point or the gravity center position of the image of the detected object. Therefore, the optimal movement in the first and second axial directions can be detected in accordance with the manner in which the object to be detected is moved (such as a heel in which the user moves the object to be detected). Thereby, when outputting the control information around the first or second axis, the control information in the first or second axial direction can be output with high accuracy, and the operability is improved more than ever. It is possible to provide an input device that can handle the above.

また本発明に係る入力装置では、前記被検出物は、指紋であってもよい。   In the input device according to the present invention, the detected object may be a fingerprint.

本発明によれば、超小型又は超軽量な指紋センサを用いることができるので、携帯型の情報装置に対し、これまで以上に操作性を向上させる入力装置を搭載することを可能にする。   According to the present invention, since an ultra-small or ultra-lightweight fingerprint sensor can be used, an input device that improves operability more than ever can be mounted on a portable information device.

また本発明は、上記いずれか記載の入力装置と、前記入力装置からの制御情報に基づいて制御処理を行う処理部とを含む情報装置に関係する。   The present invention also relates to an information device including any one of the input devices described above and a processing unit that performs control processing based on control information from the input device.

本発明によれば、処理負荷を増大させることなく、これまで以上に操作性を向上させることが可能な情報装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an information device capable of improving operability more than before without increasing the processing load.

また本発明は、取り込んだ被検出物の画像を用いて制御情報を生成する制御情報生成方法であって、被検出物の画像の特徴点を抽出し、基準位置と、前記特徴点の位置との差分を求め、前記差分に対応した制御情報を出力する制御情報生成方法に関係する。   Further, the present invention is a control information generation method for generating control information using the captured image of the detected object, wherein a feature point of the image of the detected object is extracted, a reference position, a position of the feature point, And a control information generation method for outputting control information corresponding to the difference.

また本発明は、取り込んだ被検出物の画像を用いて制御情報を生成する制御情報生成方法であって、検出面に接する被検出物の画像の面積を求め、該面積と、少なくとも1フレーム以上前の前記被検出物の画像の面積との差分を求め、前記検出面と垂直な方向の前記被検出物の移動に応じて、前記差分に対応した制御情報を出力する制御情報生成方法に関係する。   The present invention is also a control information generation method for generating control information using a captured image of a detected object, wherein the area of the image of the detected object in contact with the detection surface is obtained, and the area and at least one frame or more Related to a control information generation method for obtaining a difference with the area of the image of the previous detection object and outputting control information corresponding to the difference according to the movement of the detection object in a direction perpendicular to the detection surface To do.

また本発明は、取り込んだ被検出物の画像を用いて制御情報を生成する制御情報生成方法であって、検出面に接する被検出物の画像の重心位置を求めると共に前記画像の特徴点を抽出し、該重心位置と少なくとも1フレーム以上前の前記被検出物の画像の重心位置との差分を求めると共に、該特徴点の位置と少なくとも1フレーム以上前の前記被検出物の画像の特徴点の位置との差分を求め、前記重心位置の差分と前記特徴点の差分とに基づいて、前記検出面上で互いに直交する第1又は第2の軸回りの回転角度を検出し、前記回転角度に対応した制御情報を出力する制御情報生成方法に関係する。   Further, the present invention is a control information generation method for generating control information using a captured image of a detected object, wherein the center of gravity position of the image of the detected object in contact with the detection surface is obtained and the feature point of the image is extracted And calculating a difference between the position of the center of gravity and the position of the center of gravity of the image of the detected object at least one frame before, and the position of the feature point and the feature point of the image of the detected object at least one frame before A rotation angle around the first or second axis orthogonal to each other on the detection surface is detected based on the difference between the center of gravity position and the difference between the feature points, The present invention relates to a control information generation method for outputting corresponding control information.

また本発明に係る制御情報生成方法では、少なくとも1つ前の前記被検出物の画像の特徴点の位置が、基準点を中心に、抽出された特徴点の位置に回転した角度により、前記検出面の前記第1及び第2の軸と直交する第3の軸回りの回転角度を求めることができる。   Also, in the control information generation method according to the present invention, the detection is performed based on an angle at which the position of the feature point of the image of the object to be detected at least one before is rotated around the reference point to the position of the extracted feature point. A rotation angle about a third axis orthogonal to the first and second axes of the surface can be obtained.

また本発明に係る制御情報生成方法では、前記特徴点の差分と、前記第1又第2の軸回りの回転角度とを用いて、前記第1又は第2の軸方向の移動に対応した制御情報を出力することができる。   In the control information generation method according to the present invention, the control corresponding to the movement in the first or second axial direction is performed using the difference between the feature points and the rotation angle around the first or second axis. Information can be output.

以下、本発明の好適な実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments described below do not unduly limit the contents of the present invention described in the claims. Moreover, not all of the configurations described below are essential constituent requirements of the present invention.

1. 入力装置
図1に、本実施形態における入力装置の構成の概要を示す。本実施形態における入力装置10は、取り込んだ画像の変化に基づいて6軸方向の制御情報(操作情報)を出力することができるようになっている。そのため、入力装置10は、画像取込部20、画像解析部30、差分算出部40、制御情報出力部50を含む。
1. Input Device FIG. 1 shows an outline of the configuration of an input device according to this embodiment. The input device 10 in the present embodiment can output control information (operation information) in six axis directions based on changes in the captured image. Therefore, the input device 10 includes an image capture unit 20, an image analysis unit 30, a difference calculation unit 40, and a control information output unit 50.

画像取込部20は、ユーザが移動させる2次元又は3次元の被検出物を、検出面(センサ面)を介して2次元の情報である画像として取り込み、1フレームごとに画像情報を生成する。   The image capturing unit 20 captures a two-dimensional or three-dimensional object to be moved by a user as an image that is two-dimensional information via a detection surface (sensor surface), and generates image information for each frame. .

画像解析部30は、画像取込部20で取り込まれた画像を解析し、その解析結果を差分算出部40に対して出力する。より具体的には、画像解析部30は、特徴点抽出部32、重心位置算出部34、面積算出部36を含む。   The image analysis unit 30 analyzes the image captured by the image capture unit 20 and outputs the analysis result to the difference calculation unit 40. More specifically, the image analysis unit 30 includes a feature point extraction unit 32, a centroid position calculation unit 34, and an area calculation unit 36.

特徴点抽出部32は、画像取込部20で取り込まれた画像の特徴点を抽出する。ここで特徴点とは、移動前後の2つの画像を比較して、その移動距離や移動方向、又は回転角度を特定するために参照可能な当該画像特有の形態を有する位置(領域)をいう。   The feature point extraction unit 32 extracts feature points of the image captured by the image capture unit 20. Here, the feature point refers to a position (region) having a form peculiar to the image that can be referred to in order to identify the movement distance, the movement direction, or the rotation angle by comparing the two images before and after the movement.

重心位置算出部34は、画像取込部20で取り込まれた画像の重心位置又はこれと等価的な位置を求める。より具体的には、被検出物の画像の面積的な中心位置又はこれと等価的な位置を求める。   The center-of-gravity position calculation unit 34 obtains the center-of-gravity position of the image captured by the image capturing unit 20 or a position equivalent thereto. More specifically, the area center position of the image of the object to be detected or a position equivalent thereto is obtained.

面積算出部36は、画像取込部20で取り込まれた画像の面積又はこれと等価的な値を求める。より具体的には、被検出物の画像の面積又はこれと等価的な値を求める。   The area calculating unit 36 obtains the area of the image captured by the image capturing unit 20 or a value equivalent thereto. More specifically, the area of the image of the object to be detected or a value equivalent thereto is obtained.

差分算出部40は、メモリ48に蓄積された少なくとも1フレーム以上前の過去の画像(画像の所与の基準位置)を参照して、画像解析部30からの解析結果と比較を行い、その差分を制御情報出力部50に対して出力する。より具体的には、差分算出部40は、特徴点移動検出部42、重心位置移動検出部44、面積変化検出部46を含む。   The difference calculation unit 40 refers to a past image (a given reference position of the image) at least one frame before stored in the memory 48, compares it with the analysis result from the image analysis unit 30, and the difference Is output to the control information output unit 50. More specifically, the difference calculation unit 40 includes a feature point movement detection unit 42, a gravity center position movement detection unit 44, and an area change detection unit 46.

特徴点移動検出部42は、特徴点抽出部32で抽出された当該フレームの被検出物の画像の特徴点と、メモリ48に蓄積された少なくとも1フレーム以上前の過去の被検出物の画像の特徴点とを比較し、その位置の変化を差分(第2の差分)として検出する。差分が求められると、当該フレームの被検出物の画像の特徴点はメモリ48に格納され、次のフレームの被検出物の画像の特徴点の位置の変化の検出に用いられる。   The feature point movement detection unit 42 includes the feature points of the image of the detected object in the frame extracted by the feature point extraction unit 32 and the images of the previous detected object stored in the memory 48 at least one frame before. The feature point is compared, and the change in the position is detected as a difference (second difference). When the difference is obtained, the feature point of the image of the detected object in the current frame is stored in the memory 48 and used to detect the change in the position of the feature point of the image of the detected object in the next frame.

重心位置移動検出部44は、重心位置算出部34で求められた当該フレームの被検出物の画像の重心位置と、メモリ48に蓄積された少なくとも1フレーム以上前の過去の被検出物の画像の重心位置とを比較し、その位置の変化を差分(第1の差分)として検出する。差分が求められると、当該フレームの被検出物の画像の重心位置はメモリ48に格納され、次のフレームの被検出物の画像の重心位置の変化の検出に用いられる。   The center-of-gravity position movement detection unit 44 determines the center-of-gravity position of the detected object image of the frame obtained by the center-of-gravity position calculating unit 34 and the past detected object image stored at least one frame or more in the memory 48. The center of gravity position is compared, and a change in the position is detected as a difference (first difference). When the difference is obtained, the barycentric position of the image of the detected object in the frame is stored in the memory 48, and is used for detecting the change in the barycentric position of the image of the detected object in the next frame.

面積変化検出部46は、面積算出部36で求められた当該フレームの被検出物の画像の面積と、メモリ48に蓄積された少なくとも1フレーム以上前の過去の被検出物の画像の面積とを比較し、その変化を差分として検出する。差分が求められると、当該フレームの被検出物の画像の面積はメモリ48に格納され、次のフレームの被検出物の画像の面積の変化の検出に用いられる。   The area change detection unit 46 calculates the area of the image of the detected object in the frame obtained by the area calculation unit 36 and the area of the image of the previous detected object stored in the memory 48 at least one frame before. The change is detected and the change is detected as a difference. When the difference is obtained, the area of the image of the detected object in the current frame is stored in the memory 48, and is used to detect a change in the area of the image of the detected object in the next frame.

制御情報出力部50は、差分算出部40で少なくとも1フレーム以上前の下記の被検出物の画像との差分に対応した制御情報を出力する。この制御情報は、上述したように6軸方向の制御情報である。   The control information output unit 50 outputs control information corresponding to a difference from an image of the following detected object at least one frame before by the difference calculation unit 40. This control information is control information in the six-axis direction as described above.

図2に、6軸方向の制御情報の説明図を示す。6軸方向の制御情報とは、画像取込部20の検出面(センサ面)22上(又は検出面と平行な平面上)の互いに直交するX軸及びY軸(第1及び第2の軸)方向の変化Δx、Δy、該検出面に垂直な方向のZ軸(第3の軸)方向の変化Δz、X軸方向の軸回りの回転角度α、Y軸方向の軸回りの回転角度γ、Z軸方向の軸回りの回転角度βの6軸方向について指示される情報である。X軸方向の変化Δx、Y軸方向の変化Δy、Z軸方向の変化Δz、X軸方向の軸回りの回転角度α、Z軸方向の軸回りの回転角度β、Y軸方向の軸回りの回転角度γには、それぞれ図2に示すように(+)方向及び(−)方向が規定される。   FIG. 2 is an explanatory diagram of control information in six axis directions. The control information in the six-axis direction means that the X axis and the Y axis (first and second axes) orthogonal to each other on the detection surface (sensor surface) 22 of the image capturing unit 20 (or on a plane parallel to the detection surface). ) Direction changes Δx, Δy, Z axis (third axis) direction change Δz perpendicular to the detection surface, rotation angle α around the axis in the X axis direction, rotation angle γ around the axis in the Y axis direction , Information instructed for the six-axis direction of the rotation angle β around the axis in the Z-axis direction. X axis direction change Δx, Y axis direction change Δy, Z axis direction change Δz, X axis direction axis rotation angle α, Z axis direction axis rotation angle β, Y axis direction axis rotation As shown in FIG. 2, a (+) direction and a (−) direction are defined for the rotation angle γ.

本実施形態では、検出面上で規定されるX軸、Y軸及びZ軸の各軸方向の移動の他に各軸回りの回転角度をより少ない処理負荷で求めるために、上述した被検出物の画像の重心位置の移動と、該被検出物の画像の特徴点の移動とを用いる。そのため制御情報出力部50は、X軸移動検出部52、Y軸移動検出部54、X軸回り回転検出部56、Y軸回り回転検出部58、Z軸回り回転検出部60、Z軸移動検出部62を含み、これら各部の出力に対応した制御情報を出力する。   In this embodiment, in order to obtain the rotation angle around each axis with a smaller processing load in addition to the movement of each of the X, Y, and Z axes defined on the detection surface, the above-described detected object The movement of the center of gravity position of the image and the movement of the feature point of the image of the detected object are used. Therefore, the control information output unit 50 includes an X axis movement detection unit 52, a Y axis movement detection unit 54, an X axis rotation detection unit 56, a Y axis rotation detection unit 58, a Z axis rotation detection unit 60, and a Z axis movement detection. The control information corresponding to the output of each part is output including the part 62.

X軸移動検出部52は、被検出物の検出面のX軸方向の移動を検出する。その際、X軸移動検出部52は、Y軸方向の軸回りの被検出物の回転を考慮し、被検出物を検出面上で滑らせて回転させた場合にも被検出物の検出面のX軸方向の移動量Δxを検出する。より具体的には、X軸移動検出部52は、被検出物の画像の特徴点のX軸方向の移動量をΔX2(第2の差分の第1の軸方向成分)、Y軸方向の軸回りの回転角度をγ(第2の軸回りの回転角度)とすると、(1)式のように表すことができる被検出物の検出面のX軸方向の移動量Δxを求める。   The X-axis movement detection unit 52 detects the movement of the detection surface of the detected object in the X-axis direction. At that time, the X-axis movement detection unit 52 considers the rotation of the detected object around the axis in the Y-axis direction, and the detected surface of the detected object even when the detected object is slid on the detection surface and rotated. The amount of movement Δx in the X-axis direction is detected. More specifically, the X-axis movement detection unit 52 sets the movement amount in the X-axis direction of the feature point of the image of the detected object as ΔX2 (first axial component of the second difference), and the axis in the Y-axis direction. Assuming that the rotation angle is γ (rotation angle about the second axis), the amount of movement Δx in the X-axis direction of the detection surface of the detected object that can be expressed as in equation (1) is obtained.

Δx=ΔX2−a・γ (ただし、0≦a≦1)・・・(1)
ここで、係数a(所与の第1の係数)はY軸方向の軸回りの回転角度γの重み付け係数である。重み付け係数aが0のとき、Y軸方向の軸回りの回転角度を一切考慮しないことを意味するので、検出面を被検出物が回転することなく移動する場合のΔx出力に適する。また検出面を滑らせずに回転させる場合に、回転角度γを出力し、Δxを「0」にする場合に適する。また重み付け係数aが1のとき、検出面を滑らせて被検出物が回転のみを行って移動しない場合に適する。重み付け係数aは、ユーザのX軸方向の操作の癖を加味する等により決定されることが望ましい。
Δx = ΔX2-a · γ (where 0 ≦ a ≦ 1) (1)
Here, the coefficient a (given first coefficient) is a weighting coefficient of the rotation angle γ around the axis in the Y-axis direction. When the weighting coefficient a is 0, it means that the rotation angle around the axis in the Y-axis direction is not taken into consideration at all. Therefore, it is suitable for Δx output when the detection object moves without rotating on the detection surface. In addition, when the detection surface is rotated without sliding, it is suitable for outputting the rotation angle γ and setting Δx to “0”. Further, when the weighting coefficient a is 1, it is suitable for a case where the object to be detected only rotates and does not move by sliding the detection surface. It is desirable that the weighting coefficient a is determined by taking into account the user's habit of operation in the X-axis direction.

Y軸移動検出部54も同様に、被検出物の検出面のY軸方向の移動を検出する。その際、Y軸移動検出部54は、X軸方向の軸回りの被検出物の回転を考慮し、被検出物を検出面上で滑らせて回転させた場合にも被検出物の検出面のY軸方向の移動を検出する。より具体的には、Y軸移動検出部54は、被検出物の画像の特徴点のY軸方向の移動量をΔY2(第2の差分の第2の軸方向成分)、X軸方向の軸回りの回転角度をα(第1の軸回りの回転角度)とすると、(2)式のように表すことができる被検出物の検出面のY軸方向の移動量Δyを求める。   Similarly, the Y-axis movement detection unit 54 detects the movement of the detection surface of the detected object in the Y-axis direction. At that time, the Y-axis movement detection unit 54 considers the rotation of the detected object around the axis in the X-axis direction, and the detected surface of the detected object even when the detected object is slid on the detection surface and rotated. Is detected in the Y-axis direction. More specifically, the Y-axis movement detection unit 54 sets the amount of movement of the feature point of the image of the detected object in the Y-axis direction to ΔY2 (second axial component of the second difference) and the X-axis direction axis. Assuming that the rotation angle is α (rotation angle around the first axis), the amount of movement Δy in the Y-axis direction of the detection surface of the object to be detected, which can be expressed as equation (2), is obtained.

Δy=ΔY2−b・α (ただし、0≦b≦1)・・・(2)
ここで、係数b(所与の第2の係数)はX軸方向の軸回りの回転角度αの重み付け係数である。重み付け係数bが0のとき、X軸方向の軸回りの回転角度を一切考慮しないことを意味するので、検出面を被検出物が回転することなく移動する場合のΔy出力に適する。また検出面を滑らせずに回転さえる場合に回転角度αを出力し、Δyを「0」にする場合に適する。また重み付け係数bが1のとき、検出面を滑らせて被検出物が回転のみを行って移動しない場合に適する。重み付け係数bは、ユーザのY軸方向の操作の癖を加味する等により決定されることが望ましい。
Δy = ΔY2−b · α (where 0 ≦ b ≦ 1) (2)
Here, the coefficient b (given second coefficient) is a weighting coefficient of the rotation angle α around the axis in the X-axis direction. When the weighting coefficient b is 0, it means that the rotation angle around the axis in the X-axis direction is not considered at all, which is suitable for Δy output when the detection object moves on the detection surface without rotating. Further, when the detection surface is rotated without sliding, the rotation angle α is output, and this is suitable for setting Δy to “0”. Further, when the weighting coefficient b is 1, it is suitable for a case where the object to be detected only rotates and does not move by sliding the detection surface. It is desirable that the weighting coefficient b is determined by taking into account the user's habit of operation in the Y-axis direction.

X軸回り回転検出部56は、X軸方向の軸回りの回転角度αを検出する。より具体的には、回転半径が十分に大きいか、或いは回転角度が十分に小さいことを条件に、被検出物の画像の重心位置のY軸方向の移動量をΔY1(第1の差分の第2の軸方向成分)とすると、(3)式のように表すことができるX軸方向の軸回りの回転角度αを求める。   The X axis rotation detection unit 56 detects a rotation angle α around the axis in the X axis direction. More specifically, on the condition that the rotation radius is sufficiently large or the rotation angle is sufficiently small, the amount of movement in the Y-axis direction of the center of gravity position of the image of the object to be detected is expressed as ΔY1 (first difference of the first difference). 2), the rotation angle α around the axis in the X-axis direction, which can be expressed as equation (3), is obtained.

α≒−(ΔY1−ΔY2) ・・・(3)
ここで、負の符号が付されるのは、図2で規定した回転角度の正負の方向に依存している。したがって、図2の回転角度αの正負の方向を逆にすれば、(3)式の符号は正となる。
α≈− (ΔY1−ΔY2) (3)
Here, the negative sign depends on the positive and negative directions of the rotation angle defined in FIG. Therefore, if the positive and negative directions of the rotation angle α in FIG. 2 are reversed, the sign of the expression (3) becomes positive.

なお(2)式及び(3)式より、X軸回り回転出部56は、被検出物の画像の特徴点のY軸方向の移動量ΔY2(特徴点移動検出部42により求めら得た差分)と、被検出物の画像の重心位置のY軸方向の移動量をΔY1(重心位置移動検出部44により求められた差分)とに基づいて、X軸方向の軸回りの回転角度αを求めることができる。   In addition, from the equations (2) and (3), the X-axis rotation output unit 56 determines the amount of movement ΔY2 in the Y-axis direction of the feature point of the image of the detected object (the difference obtained by the feature point movement detection unit 42). ) And the amount of movement in the Y-axis direction of the center of gravity position of the image of the object to be detected, the rotation angle α about the axis in the X-axis direction is obtained based on ΔY1 (difference obtained by the center-of-gravity position movement detection unit 44). be able to.

Y軸回り回転検出部58は、Y軸方向の軸回りの回転角度γを検出する。より具体的には、回転半径が十分に大きいか、或いは回転角度が十分に小さいことを条件に、被検出物の画像の重心位置のX軸方向の移動量をΔX1(第1の差分の第1の軸方成分)とすると、(4)式のように表すことができるY軸方向の軸回りの回転角度γを求める。   The Y-axis rotation detection unit 58 detects a rotation angle γ around the axis in the Y-axis direction. More specifically, on the condition that the radius of rotation is sufficiently large or the angle of rotation is sufficiently small, the amount of movement in the X-axis direction of the center of gravity position of the image of the object to be detected is set to ΔX1 (first difference of the first difference). 1), the rotation angle γ around the axis in the Y-axis direction, which can be expressed as in equation (4), is obtained.

γ≒ΔX1−ΔX2 ・・・(4)
Z軸回り回転検出部60は、Z軸方向の軸回りの回転角度βを検出する。より具体的には、移動前後の被検出物の画像の特徴点同士を所与の基準点を中心に回転すると対応付けられる場合に、該基準点を中心に回転した角度を回転角度βとして求める。
γ≈ΔX1−ΔX2 (4)
The Z-axis rotation detection unit 60 detects a rotation angle β around the axis in the Z-axis direction. More specifically, when the feature points of the image of the object to be detected before and after the movement are associated with each other when the feature points are rotated around a given reference point, the rotation angle β is obtained as the rotation angle β. .

なお(1)式及び(4)式より、Y軸回り回転検出部58は、被検出物の画像の特徴点のX軸方向の移動量ΔX2(特徴点移動検出部42により求められた差分)と、被検出物の画像の重心位置のX軸方向の移動量をΔX1(重心位置移動検出部44により求められた差分)とに基づいて、Y軸方向の軸回りの回転角度γを求めることができる。   It should be noted that, based on the equations (1) and (4), the Y-axis rotation detection unit 58 moves the feature point of the image of the detected object in the X-axis direction ΔX2 (difference obtained by the feature point movement detection unit 42). And calculating the rotation angle γ about the axis in the Y-axis direction based on ΔX1 (difference obtained by the centroid position movement detection unit 44) of the movement amount in the X-axis direction of the center-of-gravity position of the image of the object to be detected. Can do.

Z軸移動検出部62は、被検出物の検出面に垂直な方向の移動を検出する。より具体的には、検出面への圧力に応じて、取り込まれる被検出物の画像が変化することに着目してZ軸方向の移動量Δzを求める。移動前の被検出物の画像の面積をS1、移動後の被検出物の画像の面積をS2とすると、(5)式のように表すことができるZ軸方向の移動量Δzを求める。   The Z-axis movement detection unit 62 detects movement in a direction perpendicular to the detection surface of the detection object. More specifically, the amount of movement Δz in the Z-axis direction is obtained by focusing on the fact that the captured image of the detected object changes according to the pressure on the detection surface. If the area of the image of the object to be detected before movement is S1, and the area of the image of the object to be detected after movement is S2, the amount of movement Δz in the Z-axis direction that can be expressed as in equation (5) is obtained.

Δz=c・(S1−S2) ・・・(5)
ここで、係数cは、被検出物の画像の面積の変化を、Z軸方向の移動量に対応付けるための係数である。係数cは、ユーザのZ軸方向の操作の癖を加味する等により決定されることが望ましい。
Δz = c · (S1-S2) (5)
Here, the coefficient c is a coefficient for associating the change in the area of the image of the detection object with the movement amount in the Z-axis direction. The coefficient c is preferably determined by taking into account the user's habit of operation in the Z-axis direction.

以下では、このような入力装置について具体的に説明する。なお以下に述べる入力装置は、指紋センサを用いるが、本発明はこれに限定されるものではない。   Hereinafter, such an input device will be described in detail. The input device described below uses a fingerprint sensor, but the present invention is not limited to this.

図3に、指紋センサを用いた入力装置の外観構成の概要を示す。ここでは、本実施形態における入力装置が、ICカード(広義には、情報装置)64に実装される場合を示している。ICカード64は、内部にCPUやメモリ素子を有する。これにより、ICカード64では、機密保持性を向上させると共に、情報処理による高度な情報をより多くの記憶させることが可能となる。そして、本実施形態における入力装置を用いることで、超小型かつ超軽量な構成で、ユーザの多様な操作を反映させた情報処理を行うことができる。   FIG. 3 shows an outline of an external configuration of an input device using a fingerprint sensor. Here, a case where the input device in the present embodiment is mounted on an IC card (information device in a broad sense) 64 is shown. The IC card 64 has a CPU and a memory element inside. As a result, the IC card 64 can improve the confidentiality and store more advanced information by information processing. By using the input device according to the present embodiment, it is possible to perform information processing that reflects various operations of the user with an ultra-compact and ultra-lightweight configuration.

図3において、入力装置としての指紋センサの検出面22に、指紋パターンが形成されたユーザの指(広義には、被検出物)66を接触させることにより、指紋画像が取り込まれる。そして、検出面22上に規定される3次元空間において検出されたユーザによる指66の6軸方向の移動により、対応する制御情報が出力される。ICカード64では、該制御情報に基づく処理が行われる。例えばICカード64に液晶パネルが設けられている場合には、液晶パネルに表示されるポインタの移動や表示画像のスクロール等の表示制御が行われる。なお入力装置が3次元CAD装置に適用される場合には、操作対象の物体の回転或いは視点の移動の制御が行われることになる。   In FIG. 3, a fingerprint image is captured by bringing a user's finger (detected object in a broad sense) 66 on which a fingerprint pattern is formed into contact with a detection surface 22 of a fingerprint sensor as an input device. The corresponding control information is output by the movement of the finger 66 in the six-axis direction by the user detected in the three-dimensional space defined on the detection surface 22. In the IC card 64, processing based on the control information is performed. For example, when the IC card 64 is provided with a liquid crystal panel, display control such as movement of a pointer displayed on the liquid crystal panel and scrolling of a display image is performed. When the input device is applied to a three-dimensional CAD device, the rotation of the object to be operated or the movement of the viewpoint is controlled.

図4に、入力装置のハードウェア構成例を示す。入力装置68では、バス70に、CPU72、ROM74、RAM76、指紋センサインタフェース(InterFace:I/F)回路78が接続される。指紋センサI/F回路78には、指紋センサ80が接続される。またバス70にUSBI/F回路82が接続される。USBI/F回路82は、外部でパソコン84等のUSB規格上のホスト装置若しくはペリフェラル装置に接続される。   FIG. 4 shows a hardware configuration example of the input device. In the input device 68, a CPU 72, a ROM 74, a RAM 76, and a fingerprint sensor interface (InterFace: I / F) circuit 78 are connected to the bus 70. A fingerprint sensor 80 is connected to the fingerprint sensor I / F circuit 78. A USB I / F circuit 82 is connected to the bus 70. The USB I / F circuit 82 is externally connected to a USB standard host device or peripheral device such as a personal computer 84.

ここで主に指紋センサ80及び指紋センサI/F回路78により、図1に示す画像取込部20の機能が実現される。指紋センサ80により取り込まれた指紋画像は、指紋センサI/F回路78を介してRAM76に蓄積される。CPU72と、ROM74若しくはRAM76に格納されたソフトウェアプログラムとにより、図1に示す画像解析部30、差分算出部40及び制御情報出力部50の機能が実現される。RAM76により、図1に示すメモリ48の機能が実現される。   Here, the function of the image capturing unit 20 shown in FIG. 1 is realized mainly by the fingerprint sensor 80 and the fingerprint sensor I / F circuit 78. The fingerprint image captured by the fingerprint sensor 80 is stored in the RAM 76 via the fingerprint sensor I / F circuit 78. The functions of the image analysis unit 30, the difference calculation unit 40, and the control information output unit 50 shown in FIG. 1 are realized by the CPU 72 and the software program stored in the ROM 74 or RAM 76. The RAM 76 implements the function of the memory 48 shown in FIG.

1.2 指紋センサ
図5に、指紋センサ80の一例を示す。図5において、M本(Mは2以上の整数)の電源線200と、N本(Nは2以上の整数)の出力線202とを有する。M本の電源線200とN本の出力線202の各交点には静電容量検出素子204が設けられている。図5に示す静電容量検出素子204は、指が接触したときの閉回路として図示されており、指の凹凸パターンに依存して変化する可変容量Cと、信号増幅素子例えば信号増幅MIS型薄膜半導体装置(以下信号増幅用TFTと略記する)206とを有する。静電容量検出素子204に指が接触していないときには、可変容量Cの接地端側はオープン状態である。なお、可変容量Cについては後述する。
1.2 Fingerprint Sensor FIG. 5 shows an example of the fingerprint sensor 80. In FIG. 5, there are M (M is an integer of 2 or more) power supply lines 200 and N (N is an integer of 2 or more) output lines 202. A capacitance detection element 204 is provided at each intersection of the M power lines 200 and the N output lines 202. The electrostatic capacitance detection device shown in FIG. 5 204 is illustrated as a closed circuit when a finger is in contact, and a variable capacitance C F, which changes depending on the uneven pattern of the finger, the signal amplifying element e.g. signal amplification MIS type A thin film semiconductor device (hereinafter abbreviated as a signal amplification TFT) 206. When the finger is not in contact with the capacitance detection element 204, a ground terminal of the variable capacitance C F is open. The variable capacitor C F will be described later.

M本の電源線200の各々は、対応する行に沿って配列されたN個の信号増幅用TFT206のドレインDに接続されている。また、M本の電源線200の各々は、M個の電源用パスゲート210の各々を介して共通電源線212に接続されている。すなわち、電源用パスゲート210はMIS型薄膜半導体装置にて形成され、そのソースSは電源線200に接続され、そのドレインDは共通電源線212に接続されている。電源選択回路220内には、上述のM個の電源用パスゲート210及び共通電源線212に加えて、電源用シフトレジスタ222が設けられている。電源用シフトレジスタ222の電源選択用出力線224に、M個の電源用パスゲート210の各ゲートGが接続されている。   Each of the M power supply lines 200 is connected to the drains D of the N signal amplification TFTs 206 arranged along the corresponding row. Further, each of the M power supply lines 200 is connected to the common power supply line 212 via each of the M power supply pass gates 210. That is, the power supply pass gate 210 is formed of a MIS type thin film semiconductor device, its source S is connected to the power supply line 200, and its drain D is connected to the common power supply line 212. In the power supply selection circuit 220, in addition to the M power supply pass gates 210 and the common power supply line 212, a power supply shift register 222 is provided. The gates G of the M power supply pass gates 210 are connected to the power supply selection output line 224 of the power supply shift register 222.

N本の出力線202各々は、対応する列に沿って配列されたM個の信号増幅用TFT206のソースSに接続されている。また、N本の出力線202の各々は、N個の出力信号用パスゲート230の各々を介して共通出力線232に接続されている。すなわち、出力信号用パスゲート230はMIS型薄膜半導体装置にて形成され、そのドレインDは出力線202に接続され、そのソースSは共通出力線232に接続されている。出力信号選択回路240内には、上述のN個の出力信号用パスゲート230及び共通出力線232に加えて、出力信号用シフトレジスタ242が設けられている。出力信号用シフトレジスタ242の出力選択用出力線244に、出力信号用パスゲート230のゲートGが接続されている。   Each of the N output lines 202 is connected to the sources S of M signal amplification TFTs 206 arranged along a corresponding column. Each of the N output lines 202 is connected to the common output line 232 through each of the N output signal pass gates 230. That is, the output signal pass gate 230 is formed of a MIS type thin film semiconductor device, the drain D is connected to the output line 202, and the source S is connected to the common output line 232. In the output signal selection circuit 240, an output signal shift register 242 is provided in addition to the N output signal pass gates 230 and the common output line 232 described above. The gate G of the output signal pass gate 230 is connected to the output selection output line 244 of the output signal shift register 242.

図6は、図5に示す静電容量検出素子204の断面図であり、指が接触されていない状態が図示されている。この静電容量検出素子204は、上述の信号増幅素子である信号増幅用TFT206に加えて、信号検出素子208を有する。   FIG. 6 is a cross-sectional view of the capacitance detection element 204 shown in FIG. 5 and illustrates a state in which a finger is not touched. The capacitance detection element 204 includes a signal detection element 208 in addition to the signal amplification TFT 206 which is the signal amplification element described above.

図6において、絶縁層250上には、ソース領域252A、ドレイン領域252B及びその間のチャネル領域252Cを有する半導体膜252が形成されている。半導体膜252上にはゲート絶縁膜254が形成され、このゲート絶縁膜254を挟んでチャネル領域252Cと対向する領域にゲート電極256が形成されている。この半導体膜252、ゲート絶縁膜254及びゲート電極256で、信号増幅用TFT206が構成される。なお、電源用パスゲート210及び出力信号用パスゲート230も、信号増幅用TFT206と同様にして形成される。   In FIG. 6, over the insulating layer 250, a semiconductor film 252 having a source region 252A, a drain region 252B, and a channel region 252C therebetween is formed. A gate insulating film 254 is formed over the semiconductor film 252, and a gate electrode 256 is formed in a region facing the channel region 252C with the gate insulating film 254 interposed therebetween. The semiconductor film 252, the gate insulating film 254, and the gate electrode 256 constitute a signal amplification TFT 206. The power supply pass gate 210 and the output signal pass gate 230 are also formed in the same manner as the signal amplification TFT 206.

この信号用TFT206は第一層間絶縁膜260により被われている。第一層間絶縁膜260上には、図5に示す出力線202に相当する第一配線層262が形成されている。この第一配線層262は信号用TFT206のソース領域252Aに接続されている。   The signal TFT 206 is covered with a first interlayer insulating film 260. A first wiring layer 262 corresponding to the output line 202 shown in FIG. 5 is formed on the first interlayer insulating film 260. The first wiring layer 262 is connected to the source region 252A of the signal TFT 206.

第一配線層262は第二層間絶縁膜264により被われている。この第二層間絶縁膜264上には、図5に示す電源線200に相当する第二配線層266が形成されている。この第二配線層266は、信号増幅用TFT206のドレイン領域252Bに接続されている。なお、図6とは異なる構造として、第二配線層266を第一層間絶縁膜260上に形成し、第一配線層262を第二層間絶縁膜264上に形成してもよい。   The first wiring layer 262 is covered with a second interlayer insulating film 264. A second wiring layer 266 corresponding to the power supply line 200 shown in FIG. 5 is formed on the second interlayer insulating film 264. The second wiring layer 266 is connected to the drain region 252B of the signal amplification TFT 206. As a structure different from that in FIG. 6, the second wiring layer 266 may be formed on the first interlayer insulating film 260 and the first wiring layer 262 may be formed on the second interlayer insulating film 264.

第二層間絶縁膜264上にはさらに、容量検出電極270が形成され、それを被って容量検出誘電体膜272が形成されている。容量検出誘電体膜272は、指紋センサ80の最表面に位置して保護膜としても機能し、この容量検出誘電体膜272に指が接触される。この容量検出電極270及び容量検出誘電体膜272により、信号検出素子208が構成される。   A capacitance detection electrode 270 is further formed on the second interlayer insulating film 264, and a capacitance detection dielectric film 272 is formed over the capacitance detection electrode 270. The capacitance detection dielectric film 272 is located on the outermost surface of the fingerprint sensor 80 and also functions as a protective film, and a finger is brought into contact with the capacitance detection dielectric film 272. The capacitance detection electrode 270 and the capacitance detection dielectric film 272 constitute a signal detection element 208.

1.2.1 指紋検出動作
指紋検出は、図6に示す容量検出誘電体膜272に指を接触させることで実施される。このとき、指紋センサ80の起動スイッチ(例えば感圧スイッチ)42が作動し、入力装置68内の電源が作動して、自動的に、指紋センサ80に電源が供給される。或いは、入力装置68をパソコン84にセットし、パソコン84の給電部より電源が供給されても良い。
1.2.1 Fingerprint Detection Operation Fingerprint detection is performed by bringing a finger into contact with the capacitance detection dielectric film 272 shown in FIG. At this time, the start switch (for example, pressure sensitive switch) 42 of the fingerprint sensor 80 is activated, the power supply in the input device 68 is activated, and the fingerprint sensor 80 is automatically supplied with power. Alternatively, the input device 68 may be set in the personal computer 84 and power may be supplied from the power supply unit of the personal computer 84.

本実施形態では、図5に示すM本のうち選択された1本の電源線200に電源電圧を供給し、かつ、そのときの信号を、N本のうち選択された1本の出力線202から検出することで、M×N個の静電容量検出素子204から順次信号を取り出している。   In the present embodiment, a power supply voltage is supplied to one power supply line 200 selected from among the M lines shown in FIG. 5, and a signal at that time is output from one output line 202 selected from among N lines. , The signals are sequentially taken out from the M × N capacitance detection elements 204.

指紋検出動作は大別して、(1)指紋パターンの山(凸部)が容量検出誘電体膜272に接触する場合と、(2)指紋パターンの谷(凹部)が容量検出誘電体膜272に対向する場合とがある。   Fingerprint detection operations are broadly divided into (1) a case where a peak (convex part) of a fingerprint pattern is in contact with the capacitance detection dielectric film 272, and (2) a valley (concave part) of the fingerprint pattern is opposed to the capacitance detection dielectric film 272. There is a case to do.

(1)指紋パターンの山(凸部)が容量検出誘電体膜272に接触する場合
図7に、この場合の静電容量検出素子204の等価回路を示す。符号300は人体の指紋の山に相当し、図6の容量検出電極270と誘電体膜272を挟んで対向する接地電極300が形成されている。ここで、電源電圧Vddは共通電源線212より供給される。符号Cは、信号増幅用TFT206のトランジスタ容量であり、符号Cは検出電極270と接地電極(指)300との間の容量である。
(1) When a peak (convex portion) of a fingerprint pattern contacts the capacitance detection dielectric film 272 FIG. 7 shows an equivalent circuit of the capacitance detection element 204 in this case. Reference numeral 300 corresponds to a crest of a fingerprint of a human body, and a ground electrode 300 is formed opposite to the capacitance detection electrode 270 of FIG. 6 with the dielectric film 272 interposed therebetween. Here, the power supply voltage Vdd is supplied from the common power supply line 212. Code C T is the transistor capacitance of the signal amplifying TFT 206, a capacitance between the code C D is the detection electrode 270 and the ground electrode (finger) 300.

ここで、信号増幅用TFT206のゲート電極長をL(μm)、ゲート電極幅をW(μm)、ゲート絶縁膜の厚みをtox(μm)、ゲート絶縁膜の比誘電率をεox、真空の誘電率をεoとする。このとき、トランジスタ容量Cは、(6)式のようになる。 Here, the gate electrode length of the signal amplification TFT 206 is L (μm), the gate electrode width is W (μm), the gate insulating film thickness is tox (μm), the relative dielectric constant of the gate insulating film is εox, and the vacuum dielectric is Let εo be the rate. At this time, the transistor capacitance CT is expressed by equation (6).

=εo・εox・L・W/tox ・・・(6)
また、容量検出電極270の面積S(μm)、容量検出誘電体膜272の厚みをtd(μm)、容量検出誘電体膜の比誘電率をεdとする。このとき、容量Cは、(7)式のようになる。
C T = εo · εox · L · W / tox (6)
Further, the area S of the capacitance detection electrode 270 (μm 2 ), the thickness of the capacitance detection dielectric film 272 is td (μm), and the relative dielectric constant of the capacitance detection dielectric film is εd. At this time, the capacitance CD is as shown in equation (7).

=εo・εd・S/td ・・・(7)
図7の等価回路において、信号増幅用TFT206のゲートに印加される電圧VGTは、次式のようになる。
C D = εo · εd · S / td (7)
In the equivalent circuit of FIG. 7, the voltage V GT applied to the gate of the signal amplification TFT 206 is expressed by the following equation.

GT=Vdd/(1+C/C) ・・・(8)
容量Cをトランジスタ容量Cよりも充分に大きく設定しておけば(例えばC>10×C)、(8)式の分母は無限大となり、次式にように近似される。
V GT = Vdd / (1 + C D / C T ) (8)
If the capacitance C D is set sufficiently larger than the transistor capacitance C T (for example, C D > 10 × C T ), the denominator of the equation (8) becomes infinite and approximated as the following equation.

GT≒0 ・・・(9)
この結果、信号増幅用TFT206は、そのゲートにほとんど電圧がかからないためオフ状態となる。よって、信号増幅用TFT206のソース−ドレイン間に流れる電流Iは極めて小さくなる。この電流Iを測定することで、測定箇所が指紋パターンの山(凸部)であることが判定できる。
V GT ≈ 0 (9)
As a result, the signal amplification TFT 206 is turned off because almost no voltage is applied to its gate. Therefore, the current I flowing between the source and drain of the signal amplification TFT 206 is extremely small. By measuring this current I, it can be determined that the measurement location is a peak (convex portion) of the fingerprint pattern.

(2)指紋パターンの谷(凹部)が容量検出誘電体膜272に対向する場合
図8に、この場合の静電容量検出素子204の等価回路を示す。符号302が人体の指紋の谷に相当する。この場合は、図7に示す容量Cに加えて、誘電体膜272と指紋の谷との間に、空気を誘電体とする新たな容量Cが形成される。
(2) Case where Valley (Recess) of Fingerprint Pattern Opposes Capacitance Detection Dielectric Film 272 FIG. 8 shows an equivalent circuit of the capacitance detection element 204 in this case. Reference numeral 302 corresponds to a valley of a human body fingerprint. In this case, in addition to the capacitor C D shown in FIG. 7, between the valley of the dielectric film 272 and a fingerprint, a new capacitance C A to the air as a dielectric is formed.

図8の等価回路において、信号増幅用TFT206のゲートに印加される電圧VGVは、次式のようになる。
GV=Vdd/{[1+(1/C)]×1/[(1/C)+(1/C)]} ・・・(10)
容量Cをトランジスタ容量Cよりも充分に大きく設定しておけば(例えばC>10×C)、(10)式は次式のように近似される。
In the equivalent circuit of FIG. 8, the voltage V GV applied to the gate of the signal amplification TFT 206 is expressed by the following equation.
V GV = Vdd / {[1+ (1 / C T )] × 1 / [(1 / C D ) + (1 / C A )]} (10)
If the capacitance C D is set sufficiently larger than the transistor capacitance C T (for example, C D > 10 × C T ), the equation (10) is approximated as the following equation.

GV≒Vdd/[1+(C/C)] ・・・(11)
さらに、トランジスタ容量Cを、指紋の谷により形成される容量Cよりも充分に大きくしておけば(例えばC>10×C)、(11)式は次式のように近似される。
V GV ≈ Vdd / [1+ (C A / C T )] (11)
Further, if the transistor capacitance C T is sufficiently larger than the capacitance C A formed by the fingerprint valley (for example, C T > 10 × C A ), the equation (11) is approximated as follows: The

GV≒Vdd ・・・(12)
この結果、信号増幅用TFT206は、そのゲートに電源電圧Vddがかかるためオン状態となる。よって、信号増幅用TFT206のソース−ドレイン間に流れる電流Iは極めて大きくなる。この電流Iを測定することで、測定箇所が指紋パターンの谷(凹部)であることが判定できる。
V GV ≈ Vdd (12)
As a result, the signal amplification TFT 206 is turned on because the power supply voltage Vdd is applied to its gate. Therefore, the current I flowing between the source and drain of the signal amplification TFT 206 becomes extremely large. By measuring this current I, it can be determined that the measurement location is a valley (concave portion) of the fingerprint pattern.

このように、図5に示す可変容量Cは、指紋の山が容量検出誘電体膜272に接触した時は容量Cとなり、指紋の谷が容量検出誘電体膜272に対向としたときは容量Cと容量Cとの和となり、指紋の凹凸に従って容量が変化する。この指紋の凹凸に従った容量変化に基づく電流を検出することで、指紋の山または谷を検出できる。 Thus, the variable capacitance C F is shown in FIG. 5, the capacitor C D next time the mountain of the fingerprint is in contact with the capacitance detection dielectric film 272, when the valleys of the fingerprint was opposed to the capacitance detection dielectric film 272 is It becomes the sum of capacitance C D and capacitance C A, and the capacitance changes according to the unevenness of the fingerprint. By detecting the current based on the capacitance change according to the unevenness of the fingerprint, the peak or valley of the fingerprint can be detected.

以上の動作を、M×N個の静電容量検出素子204にて時分割で実施することで、指紋パターンを検出することが可能となる。より具体的には、第1行の各列に位置する静電容量検出素子を順に指紋の凹凸を検出した後、第2行の指紋の凹凸を検出するといったように、ピクセルごとに指紋の凹凸を検出していく。その結果、例えば図9(A)、(B)に示すような指紋画像を得ることができる。本実施形態では、この指紋センサ80を用いて周期的に指紋画像を取り込む。   A fingerprint pattern can be detected by performing the above operation in a time-sharing manner with the M × N capacitance detection elements 204. More specifically, after detecting the fingerprint irregularities of the capacitance detection elements located in each column of the first row in order, the fingerprint irregularities of each pixel are detected, such as detecting the fingerprint irregularities of the second row. Will be detected. As a result, for example, a fingerprint image as shown in FIGS. 9A and 9B can be obtained. In this embodiment, the fingerprint sensor 80 is used to periodically capture a fingerprint image.

なお、電源電圧Vddに正電源を用いる場合には、ゲート電圧がゼロ近傍でドレイン電流が流れないエンハンスメント型N型トランジスタにて、信号増幅用TFT206を形成すればよい。C>10×Cを満たす場合には、信号増幅用TFT206の伝達特性におけるドレイン電流が最小値となるゲート電圧(最小ゲート電圧)をVminとしたとき、0<Vmin<0.1×Vddを満たせばよい。 When a positive power supply is used as the power supply voltage Vdd, the signal amplification TFT 206 may be formed of an enhancement type N-type transistor in which the drain current does not flow when the gate voltage is near zero. When C D > 10 × C T is satisfied, 0 <Vmin <0.1 × Vdd, where Vmin is the gate voltage (minimum gate voltage) at which the drain current in the transfer characteristic of the signal amplification TFT 206 becomes the minimum value. Should be satisfied.

電源電圧Vddに負電源を用いる場合には、ゲート電圧がゼロ近傍でドレイン電流が流れないエンハンスメント型P型トランジスタにて、信号増幅用TFT206を形成すればよい。C>10×Cを満たす場合には、信号増幅用TFT206の伝達特性におけるドレイン電流が最小値となるゲート電圧(最小ゲート電圧)をVminとしたとき、0.1×Vdd<Vmin<0を満たせばよい。 When a negative power supply is used for the power supply voltage Vdd, the signal amplification TFT 206 may be formed of an enhancement type P-type transistor in which the drain current does not flow when the gate voltage is near zero. When C D > 10 × C T is satisfied, 0.1 × Vdd <Vmin <0, where Vmin is a gate voltage (minimum gate voltage) at which the drain current in the transfer characteristic of the signal amplification TFT 206 is minimum. Should be satisfied.

本実施形態では、このようにして取り込まれた指紋画像を用いて制御情報を出力する。この際、取り込まれた指紋画像の特徴点を用いることで、処理負荷を軽減する。   In the present embodiment, control information is output using the fingerprint image thus captured. At this time, the processing load is reduced by using the feature points of the captured fingerprint image.

図9(A)、(B)に、指紋の特徴点の一例を示す。図9(A)は、指紋の分岐点の一例を示す。図9(B)は、指紋の端点の一例を示す。指紋センサ80で取り込まれた指紋画像について、例えば指紋の分岐点が抽出される。図9(A)、(B)では、指紋画像は、指紋の凸部である稜線の形態を表している。ここで指紋の分岐点は、指紋の稜線が2以上の稜線に分岐する部分である。また指紋の端点は、指紋の稜線が終端する部分である。   FIGS. 9A and 9B show examples of fingerprint feature points. FIG. 9A illustrates an example of a fingerprint branch point. FIG. 9B illustrates an example of fingerprint endpoints. For example, a fingerprint branch point is extracted from the fingerprint image captured by the fingerprint sensor 80. 9A and 9B, the fingerprint image represents the form of a ridge line that is a convex portion of the fingerprint. Here, the branching point of the fingerprint is a part where the ridgeline of the fingerprint branches into two or more ridgelines. The end point of the fingerprint is a portion where the ridge line of the fingerprint ends.

指紋の形態が同一となることがないため、その分岐点又は端点の分布も個人によって異なる。したがって、指紋画像の分岐点又は端点を求めることができれば、求めた分岐点又は端点の分布のみを比較すればよいので、比較すべき情報量が少なくなり比較処理の負荷を軽減することができる。   Since the fingerprints do not have the same form, the distribution of branch points or end points varies depending on the individual. Therefore, if the branch points or end points of the fingerprint image can be obtained, only the distributions of the obtained branch points or end points need to be compared. Therefore, the amount of information to be compared is reduced, and the load of the comparison process can be reduced.

1.3 動作フロー
図10に、本実施形態における入力装置の処理フローの一例を示す。図10に示す処理を実行するためのプログラムが、ROM74又はRAM76に格納される。CPU72は、このプログラムにしたがって処理を行う。
1.3 Operation Flow FIG. 10 shows an example of the processing flow of the input device according to this embodiment. A program for executing the processing shown in FIG. 10 is stored in the ROM 74 or RAM 76. The CPU 72 performs processing according to this program.

まずCPU72により、入力装置としての処理に先立って各変数を初期化する(ステップS400)。   First, the CPU 72 initializes each variable prior to processing as an input device (step S400).

次に、ユーザの指(被検出物)が指紋センサ80の検出面に接触しているか否かを判別する(ステップS401)。接触していないと判別されたとき(ステップS401:N)、ステップS400に戻る。   Next, it is determined whether or not the user's finger (object to be detected) is in contact with the detection surface of the fingerprint sensor 80 (step S401). When it is determined that they are not in contact (step S401: N), the process returns to step S400.

一方ステップS401で、接触していると判別されたとき(ステップS401:Y)、上述したように指紋画像を取り込む(ステップS402)。取り込まれた1フレーム分の指紋画像は、RAM76に格納される。   On the other hand, when it is determined in step S401 that contact is made (step S401: Y), a fingerprint image is captured as described above (step S402). The captured fingerprint image for one frame is stored in the RAM 76.

そして、CPU72では、RAM76に格納された1フレーム分の指紋画像を読み出して、該指紋画像の重心位置を求める(ステップS403)。ここで重心位置は、取り込まれた指紋画像のうち指紋パターンが存在する領域の面積的な中心位置である。重心位置は、例えばX軸方向及びY軸方向について、それぞれ積分演算を行うことで得られる指紋画像の面積の中心位置として求められる。   Then, the CPU 72 reads the fingerprint image for one frame stored in the RAM 76, and obtains the position of the center of gravity of the fingerprint image (step S403). Here, the center-of-gravity position is the center position in terms of the area where the fingerprint pattern exists in the captured fingerprint image. The center-of-gravity position is obtained as the center position of the area of the fingerprint image obtained by performing the integration calculation in the X-axis direction and the Y-axis direction, for example.

例えば重心位置の座標を(X,Y)とすると、次式のように求められる。 For example, if the coordinates of the center of gravity position are (X G , Y G ), the following equation is obtained.

Figure 0004229201
Figure 0004229201

Figure 0004229201
Figure 0004229201

Figure 0004229201
Figure 0004229201

ここで、Sを指紋画像の面積、F(i)は出力線i上の検出ドット数、G(j)は電源線j上の検出ドット数としている。   Here, S is the area of the fingerprint image, F (i) is the number of detected dots on the output line i, and G (j) is the number of detected dots on the power line j.

続いて、前フレームの指紋画像の重心位置と比較される(ステップS404)。前フレームの指紋画像の重心位置との差分のX成分は重心位置のX軸方向の移動量をΔX1、Y成分は重心位置のY軸方向の移動量をΔY1として出力される。前フレームの指紋画像の重心位置は、RAM76に蓄積されている。前フレームの指紋画像の重心位置は、ステップS404の比較処理後にステップS403で求められた当該フレームの指紋画像の重心位置により更新される。なおここでは比較対象を前フレームの指紋画像を用いたが、これに限定されるものではなく2フレーム以上過去の指紋画像(2フレーム以上前の被検出物の画像)を用いてもよい。   Subsequently, it is compared with the barycentric position of the fingerprint image of the previous frame (step S404). The X component of the difference from the centroid position of the fingerprint image of the previous frame is output as the amount of movement of the centroid position in the X-axis direction, and the Y component is output as the amount of movement of the centroid position in the Y-axis direction as ΔY1. The barycentric position of the fingerprint image of the previous frame is stored in the RAM 76. The centroid position of the fingerprint image of the previous frame is updated with the centroid position of the fingerprint image of the frame obtained in step S403 after the comparison processing in step S404. Although the fingerprint image of the previous frame is used as the comparison target here, the present invention is not limited to this, and a fingerprint image of two or more frames in the past (an image of an object to be detected two or more frames before) may be used.

次に、取り込まれた指紋画像の面積を求める(ステップS405)。指紋画像の面積は、上述の積分演算を行うことで求めることができる。また面積は、指紋画像の山又は谷の部分として検出されたドット数(ピクセル数)により等価的に求めることができる。   Next, the area of the captured fingerprint image is obtained (step S405). The area of the fingerprint image can be obtained by performing the above integral calculation. The area can be equivalently obtained from the number of dots (number of pixels) detected as a peak or valley portion of the fingerprint image.

求められた指紋画像の面積は、前フレームの指紋画像の面積と比較される(ステップS406)。上述の(5)式で示されるように、移動前後の指紋画像の面積の変化に対応して、ユーザの指のZ軸方向の移動量Δzを求める。前フレームの指紋画像の面積は、RAM76に蓄積されている。前フレームの指紋画像の面積は、ステップS406の比較処理後にステップS405で求められた当該フレームの指紋画像の面積により更新される。なおここでは比較対象を前フレームの指紋画像を用いたが、これに限定されるものではなく2フレーム以上過去の指紋画像(2フレーム以上前の被検出物の画像)を用いてもよい。   The obtained fingerprint image area is compared with the fingerprint image area of the previous frame (step S406). As indicated by the above equation (5), the movement amount Δz of the user's finger in the Z-axis direction is obtained in accordance with the change in the area of the fingerprint image before and after the movement. The area of the fingerprint image of the previous frame is stored in the RAM 76. The area of the fingerprint image of the previous frame is updated with the area of the fingerprint image of the frame obtained in step S405 after the comparison processing in step S406. Although the fingerprint image of the previous frame is used as the comparison target here, the present invention is not limited to this, and a fingerprint image of two or more frames in the past (an image of an object to be detected two or more frames before) may be used.

図11(A)〜(C)に、Z軸方向に指を移動させた場合の指紋画像の変化の一例を示す。指紋画像検出領域450内で、図11(B)に示すフレームfにおける指紋画像452が原点位置であるものとする。フレーム(f+1)で取り込まれた指紋画像が図11(A)に示す指紋画像454である場合、指紋センサ80の検出面から持ち上げる方向(Z軸の(−)方向)にユーザが指を移動させた場合に相当する。このとき、指が検出面を押す圧力が小さくなる方向に移動させるため、指が検出面に接触する面積が小さくなる。一方、フレーム(f+1)で取り込まれた指紋画像が図11(C)に示す指紋画像456である場合、指紋センサ80の検出面を押し付ける方向(Z軸の(+)方向)にユーザが指を移動させた場合に相当する。このとき、指が検出面を押す圧力が大きくなる方向に移動させるため、指が検出面に接触する面積が大きくなる。そこで、指紋画像の面積の増減分に、指のZ軸方向の移動量Δzを対応付けることで、Z軸方向の指の移動方向及びその移動量を検出することが可能となる。   FIGS. 11A to 11C show an example of changes in the fingerprint image when the finger is moved in the Z-axis direction. It is assumed that the fingerprint image 452 in the frame f shown in FIG. 11B is the origin position in the fingerprint image detection area 450. When the fingerprint image captured in the frame (f + 1) is the fingerprint image 454 shown in FIG. 11A, the user moves his / her finger in the direction of lifting from the detection surface of the fingerprint sensor 80 (Z-axis (−) direction). It corresponds to the case. At this time, since the pressure with which the finger presses the detection surface is decreased, the area where the finger contacts the detection surface is reduced. On the other hand, when the fingerprint image captured in the frame (f + 1) is the fingerprint image 456 shown in FIG. 11C, the user presses the finger in the direction in which the detection surface of the fingerprint sensor 80 is pressed (Z axis (+) direction). This corresponds to the case of movement. At this time, since the finger is moved in a direction in which the pressure of pressing the detection surface increases, the area where the finger contacts the detection surface increases. Therefore, by associating the movement amount Δz of the finger in the Z-axis direction with the increase / decrease in the area of the fingerprint image, it is possible to detect the movement direction and the movement amount of the finger in the Z-axis direction.

ところで、図5に示す構成の指紋センサ80を用いることで、取り込まれた指紋画像の面積を求めることができる。   By using the fingerprint sensor 80 having the configuration shown in FIG. 5, the area of the captured fingerprint image can be obtained.

図12に、指紋画像の面積の算出処理の負荷を軽減する手法についての図を示す。図5に示す指紋センサ80により、指紋画像検出領域450内でX軸及びY軸方向で走査されて、指紋画像458が取り込まれたものとする。その際、X軸方向については、指紋の山又は谷の検出が開始される出力線O1と、指紋の山又は谷が検出されなくなる出力線O2とにより、指紋の山又は谷が検出される出力線の数Ocを特定することができる。Y軸方向については、同様に、指紋の山又は谷の検出が開始される電源線D1と、指紋の山又は谷が検出されなくなる電源線D2とにより、検出される電源線の数Dcを特定することができる。したがって、出力線の数Ocと電源線の数Dcとにより、指紋画像458の面積と等価的な値Srを求めることができる。   FIG. 12 is a diagram showing a technique for reducing the load of the fingerprint image area calculation process. Assume that the fingerprint image 458 is captured by scanning in the X-axis and Y-axis directions within the fingerprint image detection region 450 by the fingerprint sensor 80 shown in FIG. At that time, in the X-axis direction, an output in which the peak or valley of the fingerprint is detected by the output line O1 at which detection of the peak or valley of the fingerprint is started and the output line O2 at which the peak or valley of the fingerprint is not detected is detected. The number of lines Oc can be specified. For the Y-axis direction, similarly, the number Dc of detected power supply lines is specified by the power supply line D1 at which the detection of the peak or valley of the fingerprint is started and the power supply line D2 at which the peak or valley of the fingerprint is not detected. can do. Therefore, a value Sr equivalent to the area of the fingerprint image 458 can be obtained from the number Oc of output lines and the number Dc of power supply lines.

Oc=O2−O1+1 ・・・(16)
Dc=D2−D1+1 ・・・(17)
Sr=Oc・Dc ・・・(18)
このように、指紋センサ80の電源線及び出力線を特定することにより、取り込まれた指紋画像の輪郭に外接する矩形を容易に求めることができるので、指紋画像の面積算出の処理負荷を軽減することができる。
Oc = O2-O1 + 1 (16)
Dc = D2-D1 + 1 (17)
Sr = Oc · Dc (18)
Thus, by specifying the power supply line and the output line of the fingerprint sensor 80, a rectangle circumscribing the outline of the captured fingerprint image can be easily obtained, thereby reducing the processing load for calculating the area of the fingerprint image. be able to.

また、ステップS403において、出力線O1〜O2の中間位置と、電源線D1〜D2の中間位置とに基づいて、指紋画像458の重心位置を特定することができる。こうすることで、指紋画像458の重心位置の算出処理の負荷を大幅に軽減することができる。ここで、重心位置の座標を(X,Y)とすると、次の式のように求めることができる。 In step S403, the barycentric position of the fingerprint image 458 can be specified based on the intermediate position of the output lines O1 to O2 and the intermediate position of the power supply lines D1 to D2. By doing so, the load of the calculation process of the center of gravity position of the fingerprint image 458 can be greatly reduced. Here, if the coordinates of the center of gravity position are (X M , Y M ), they can be obtained as in the following equation.

=(O1+O2)/2 ・・・(19)
=(D1+D2)/2 ・・・(20)
図10に戻って処理フローの説明を続ける。ステップS406においてZ軸方向の移動量Δzが求められると、続いて指紋画像の特徴点を抽出する(ステップS407)。ここで特徴点とは、指紋の山(稜線部分)の端点や分岐点等をいう。そして、この特徴点の分布を求める。これにより、検出面上の指紋画像の移動を、特徴点(又は特徴点の分布)の移動により検出することができる。
X M = (O1 + O2) / 2 (19)
Y M = (D1 + D2) / 2 (20)
Returning to FIG. 10, the description of the processing flow will be continued. When the movement amount Δz in the Z-axis direction is obtained in step S406, the feature point of the fingerprint image is subsequently extracted (step S407). Here, the feature point means an end point or a branch point of a mountain (ridgeline portion) of a fingerprint. Then, the distribution of the feature points is obtained. Thereby, the movement of the fingerprint image on the detection surface can be detected by the movement of the feature points (or the distribution of the feature points).

次に、ステップS407で求められた指紋画像の特徴点と、前フレームの指紋画像の特徴点とが比較される(ステップS408)。そして、両フレームの指紋画像の特徴点又はその分布とを照らし合わせ、類似性が最大となるようにX軸方向の移動量ΔX2、Y軸方向の移動量ΔY2、Z軸方向の軸回りの回転角度βを求める。   Next, the feature point of the fingerprint image obtained in step S407 is compared with the feature point of the fingerprint image of the previous frame (step S408). Then, the fingerprint image feature points of both frames or their distributions are collated, and the movement amount ΔX2 in the X-axis direction, the movement amount ΔY2 in the Y-axis direction, and the rotation about the axis in the Z-axis direction so that the similarity is maximized. Find the angle β.

図13(A)、(B)に、特徴点の照合処理の一例を模式的に示す。図13(A)、(B)において、フレームfにおける指紋画像から抽出された特徴点P、Q、Rが、フレーム(f+1)で取り込まれた指紋画像の特徴点Pf+1、Qf+1、Rf+1の位置に移動したものとする。CPU72では、照合処理において、図13(A)に示すように、3以上の抽出された特徴点のうち少なくとも特徴点P、Q、Rの3点が、それぞれ対応する特徴点Pf+1、Qf+1、Rf+1に一致するようにX軸方向及びY軸方向の移動量ΔX2、ΔY2を求める。また、CPU72では、照合処理において、図13(B)に示すように、3以上の抽出された特徴点のうち少なくとも特徴点P、Q、Rの3点が、それぞれ対応する特徴点Pf+1、Qf+1、Rf+1に一致するように、基準点eと、該基準点eを中心としたZ軸方向の軸回りの回転角度βとを求める。 FIGS. 13A and 13B schematically show an example of feature point matching processing. 13A and 13B, the feature points P f , Q f , and R f extracted from the fingerprint image in the frame f are the feature points P f + 1 and Q f + 1 of the fingerprint image captured in the frame (f + 1). , R f + 1 . In the collation process, as shown in FIG. 13A, the CPU 72 at least three feature points P f , Q f , and R f among the three or more extracted feature points respectively correspond to feature points P f + 1. , Q f + 1 , R f + 1 so as to match the movement amounts ΔX2, ΔY2 in the X-axis direction and the Y-axis direction. Further, in the collation process, as shown in FIG. 13B, the CPU 72 corresponds to feature points corresponding to at least three feature points P f , Q f , and R f among the three or more extracted feature points. The reference point e and the rotation angle β around the axis in the Z-axis direction around the reference point e are obtained so as to coincide with P f + 1 , Q f + 1 , and R f + 1 .

図14(A)〜(C)に、Z軸方向の軸回りに指を移動させた場合の指紋画像の変化の一例を示す。指紋画像検出領域450内で、図14(B)に示すフレームfにおける指紋画像460を基準に、図14(A)に示す指紋画像462は、Z軸方向の軸回りの(−)方向に指を移動させた場合に相当する。図14(C)に示す指紋画像464は、Z軸方向の軸回りの(+)方向に指を移動させた場合に相当する。   14A to 14C show examples of changes in the fingerprint image when the finger is moved around the axis in the Z-axis direction. Within the fingerprint image detection area 450, the fingerprint image 462 shown in FIG. 14A is a finger in the (−) direction around the Z-axis direction with reference to the fingerprint image 460 in the frame f shown in FIG. This corresponds to the case of moving. A fingerprint image 464 shown in FIG. 14C corresponds to the case where the finger is moved in the (+) direction around the axis in the Z-axis direction.

したがって、例えば図13(B)に示すような照合処理を行うことによって、図14(A)〜(C)に示す指紋画像の変化を、Z軸方向の軸回りの回転角度βとして求めることができる。   Therefore, for example, by performing collation processing as shown in FIG. 13B, the change in the fingerprint image shown in FIGS. 14A to 14C can be obtained as the rotation angle β around the axis in the Z-axis direction. it can.

図10に戻って説明を続ける。ステップS408で指紋画像の移動ベクトル(より具体的には指紋画像の特徴点のX軸方向及びY軸方向の移動方向及び移動量)が求められると、CPU72では、(4)式に従ってX軸方向の軸回りの回転角度α、(3)式に従ってY軸方向の軸回りの回転角度γがそれぞれ求められる。続いて、CPU72では、(1)式に従ってX軸方向の移動量Δx、(2)式に従ってY軸方向の移動量Δyが求められる(ステップS409)。次に、終了するときは(ステップS410:Y)、一連の処理を終了する(エンド)が、終了しないときは(ステップS410:N)、ステップS401に戻る。   Returning to FIG. When the movement vector of the fingerprint image (more specifically, the movement direction and movement amount of the feature point of the fingerprint image in the X-axis direction and the Y-axis direction) is obtained in step S408, the CPU 72 performs the X-axis direction according to the equation (4). The rotation angle α around the axis of Y and the rotation angle γ around the axis in the Y-axis direction are obtained according to the equation (3). Subsequently, the CPU 72 obtains a movement amount Δx in the X-axis direction according to the equation (1) and a movement amount Δy in the Y-axis direction according to the equation (2) (step S409). Next, when ending (step S410: Y), the series of processing ends (end), but when not ending (step S410: N), the process returns to step S401.

図15(A)〜(C)に、Y軸方向の軸回りに指を回転させて移動させた場合の指紋画像の変化の一例を示す。ここではユーザが指を、指紋センサ80の検出面を滑らせながらY軸方向の軸回りに指を回転させている例を示している。したがって、図15(A)〜(C)では、指紋画像の重心位置はほとんど変化していない。   FIGS. 15A to 15C show an example of changes in the fingerprint image when the finger is rotated and moved around the axis in the Y-axis direction. Here, an example is shown in which the user rotates his / her finger around the axis in the Y-axis direction while sliding the detection surface of the fingerprint sensor 80. Therefore, in FIGS. 15A to 15C, the gravity center position of the fingerprint image hardly changes.

指紋画像検出領域450内で、図15(B)に示すフレームfにおける指紋画像470を基準に、図15(A)に示す指紋画像472は、Y軸方向の軸回りの(−)方向に指を回転させた場合に相当する。すなわち指紋画像の重心位置はほとんど変化せずに、指紋画像の特徴点がX軸の(+)方向に移動する。図15(C)に示す指紋画像474は、Y軸方向の軸回りの(+)方向に指を回転させた場合に相当する。すなわち指紋画像の重心位置はほとんど変化せずに、指紋画像の特徴点がX軸の(−)方向に移動する。この場合、上述の(4)式により、図15(A)〜(C)に示す指紋画像の特徴点の移動量に対応した回転角度γが求められる。   Within the fingerprint image detection area 450, the fingerprint image 472 shown in FIG. 15A is pointed in the (−) direction around the axis in the Y-axis direction with reference to the fingerprint image 470 in the frame f shown in FIG. This corresponds to the case where is rotated. That is, the position of the center of gravity of the fingerprint image hardly changes, and the feature point of the fingerprint image moves in the (+) direction of the X axis. A fingerprint image 474 shown in FIG. 15C corresponds to the case where the finger is rotated in the (+) direction around the axis in the Y-axis direction. That is, the position of the center of gravity of the fingerprint image hardly changes, and the feature point of the fingerprint image moves in the (−) direction of the X axis. In this case, the rotation angle γ corresponding to the moving amount of the feature point of the fingerprint image shown in FIGS. 15A to 15C is obtained by the above-described equation (4).

図16(A)〜(C)に、X軸方向の軸回りに指を回転させて移動させた場合の指紋画像の変化の一例を示す。ここではユーザが指を、指紋センサ80の検出面を滑らせながらX軸方向の軸回りに指を回転させている例を示している。したがって、図16(A)〜(C)でも、指紋画像の重心位置はほとんど変化していない。   FIGS. 16A to 16C show an example of changes in the fingerprint image when the finger is rotated and moved around the axis in the X-axis direction. Here, an example is shown in which the user rotates the finger around the axis in the X-axis direction while sliding the detection surface of the fingerprint sensor 80. Therefore, in FIGS. 16A to 16C, the gravity center position of the fingerprint image hardly changes.

指紋画像検出領域450内で、図16(B)に示すフレームfにおける指紋画像480を基準に、図16(A)に示す指紋画像482は、X軸方向の軸回りの(−)方向に指を回転させた場合に相当し、図16(C)に示す指紋画像484は、X軸方向の軸回りの(+)方向に指を回転させた場合に相当する。すなわち指紋画像の重心位置はほとんど変化せずに、指紋画像の特徴点がX軸方向に移動する。この場合、上述の(3)式により、図16(A)〜(C)に示す指紋画像の特徴点の移動量に対応した回転角度αが求められる。   Within the fingerprint image detection area 450, the fingerprint image 482 shown in FIG. 16A is a finger in the (−) direction around the axis in the X-axis direction with reference to the fingerprint image 480 in the frame f shown in FIG. The fingerprint image 484 shown in FIG. 16C corresponds to the case where the finger is rotated in the (+) direction around the axis in the X-axis direction. That is, the position of the center of gravity of the fingerprint image hardly changes, and the feature point of the fingerprint image moves in the X-axis direction. In this case, the rotation angle α corresponding to the movement amount of the feature point of the fingerprint image shown in FIGS. 16A to 16C is obtained by the above-described equation (3).

図17(A)〜(C)に、X軸方向に指を移動させた場合の指紋画像の変化の一例を示す。ここではユーザが指を、指紋センサ80の検出面を滑らせてX軸方向に指を移動させている例を示している。したがって、図17(A)〜(C)では、指紋画像の重心位置の移動ベクトルと、指紋画像の特徴点の移動ベクトルとはほぼ一致する。   FIGS. 17A to 17C show examples of changes in the fingerprint image when the finger is moved in the X-axis direction. Here, an example is shown in which the user slides the finger on the detection surface of the fingerprint sensor 80 and moves the finger in the X-axis direction. Accordingly, in FIGS. 17A to 17C, the movement vector of the center of gravity of the fingerprint image and the movement vector of the feature point of the fingerprint image substantially coincide.

指紋画像検出領域450内で、図17(B)に示すフレームfにおける指紋画像490を基準に、図17(A)に示す指紋画像492は、X軸方向の(−)方向に指を移動させた場合に相当し、図17(C)に示す指紋画像494は、X軸方向の(+)方向に指を移動させた場合に相当する。この場合、X軸方向の移動量Δxは、指紋画像の特徴点の移動量ΔX2とほぼ一致するが、実際には(1)式に示すようにY軸方向の軸回りの回転角度γを加味した値が求められることになる。   In the fingerprint image detection area 450, the fingerprint image 492 shown in FIG. 17A is moved in the (−) direction of the X axis with reference to the fingerprint image 490 in the frame f shown in FIG. 17B. The fingerprint image 494 shown in FIG. 17C corresponds to the case where the finger is moved in the (+) direction of the X axis direction. In this case, the movement amount Δx in the X-axis direction substantially coincides with the movement amount ΔX2 of the feature point of the fingerprint image. In practice, however, the rotation angle γ around the axis in the Y-axis direction is taken into account as shown in equation (1). The calculated value will be obtained.

図18(A)〜(C)に、Y軸方向に指を移動させた場合の指紋画像の変化の一例を示す。ここではユーザが指を、指紋センサ80の検出面を滑らせてにY軸方向に指を移動させている例を示している。したがって、図18(A)〜(C)では、指紋画像の重心位置の移動ベクトルと、指紋画像の特徴点の移動ベクトルとはほぼ一致する。   FIGS. 18A to 18C show an example of changes in the fingerprint image when the finger is moved in the Y-axis direction. Here, an example is shown in which the user moves his / her finger in the Y-axis direction while sliding the detection surface of the fingerprint sensor 80. Accordingly, in FIGS. 18A to 18C, the movement vector of the center of gravity position of the fingerprint image and the movement vector of the feature point of the fingerprint image substantially coincide.

指紋画像検出領域450内で、図18(B)に示すフレームfにおける指紋画像500を基準に、図18(A)に示す指紋画像502は、Y軸方向の(−)方向に指を移動させた場合に相当し、図18(C)に示す指紋画像504は、Y軸方向の(+)方向に指を移動させた場合に相当する。この場合、Y軸方向の移動量Δyは、指紋画像の特徴点の移動量ΔY2とほぼ一致するが、実際には(2)式に示すようにX軸方向の軸回りの回転角度αを加味した値が求められることになる。   In the fingerprint image detection area 450, the fingerprint image 502 shown in FIG. 18A is moved in the (−) direction in the Y-axis direction with reference to the fingerprint image 500 in the frame f shown in FIG. 18B. The fingerprint image 504 shown in FIG. 18C corresponds to the case where the finger is moved in the (+) direction of the Y-axis direction. In this case, the movement amount Δy in the Y-axis direction substantially coincides with the movement amount ΔY2 of the feature point of the fingerprint image, but actually, the rotation angle α about the axis in the X-axis direction is taken into account as shown in the equation (2). The calculated value will be obtained.

以上説明したように、本実施形態における入力装置によれば、例えば指紋等の被検出物の取り込み画像を用いて、6軸方向の制御情報を生成することができる。これにより、6軸方向の制御指示(例えば移動指示)が可能な入力装置を提供することができる。特に上述の静電容量方式の指紋センサを用いることで、高感度、超小型、超軽量、かつ低消費電力であって、6軸方向の制御指示が可能な入力装置を提供することができる。   As described above, according to the input device of the present embodiment, control information in six-axis directions can be generated using a captured image of a detected object such as a fingerprint. Accordingly, it is possible to provide an input device capable of giving control instructions (for example, movement instructions) in six axis directions. In particular, by using the above-described capacitance type fingerprint sensor, it is possible to provide an input device that is highly sensitive, ultra-compact, ultra-light, and has low power consumption and capable of instructing control in six axes.

(変形例)
なお上述の実施形態では、指紋画像の特徴点の移動(ΔX2、ΔY2)を用いて被検出物の検出面の移動量Δx、Δyを検出していたが、これに限定されるものではない。
(Modification)
In the above-described embodiment, the movement amounts Δx and Δy of the detection surface of the object to be detected are detected using the movements (ΔX2, ΔY2) of the feature points of the fingerprint image. However, the present invention is not limited to this.

例えば、指紋画像の重心位置として(13)〜(15)式を用いて求められた重心位置のX座標(X)及びY座標(Y)を用いて、少なくとも1フレーム以上前の被検出物の画像の重心位置との差分(ΔX、ΔY)を求めてもよい。この場合、被検出物の検出面のX軸及びY軸方向の移動量Δx、Δyは、(1)、(2)式に代えて次式で表すことができる。 For example, using the X-coordinate (X G ) and Y-coordinate (Y G ) of the centroid position obtained by using the equations (13) to (15) as the centroid position of the fingerprint image, detection is performed at least one frame before. difference (ΔX G, ΔY G) between the center of gravity position of the object image may be obtained. In this case, the movement amounts Δx and Δy of the detection surface of the detection object in the X-axis and Y-axis directions can be expressed by the following equations instead of the equations (1) and (2).

Δx=ΔX−a・γ ・・・(21)
Δy=ΔY−b・α ・・・(22)
また例えば指紋画像の重心位置として、(19)、(20)式を用いて求められた重心位置のX座標(X)及びY座標(Y)を用いて、少なくとも1フレーム以上前の被検出物の画像の重心位置との差分(ΔX、ΔY)を求めてもよい。この場合、被検出物の検出面のX軸及びY軸方向の移動量Δx、Δyは、(1)、(2)式に代えて次式で表すことができる。
Δx = ΔX G −a · γ (21)
Δy = ΔY G −b · α (22)
Further, for example, the X-coordinate (X G ) and Y-coordinate (Y G ) of the centroid position obtained by using the equations (19) and (20) are used as the centroid position of the fingerprint image. A difference (ΔX G , ΔY G ) from the position of the center of gravity of the image of the detected object may be obtained. In this case, the movement amounts Δx and Δy of the detection surface of the detection object in the X-axis and Y-axis directions can be expressed by the following equations instead of the equations (1) and (2).

Δx=ΔX−a・γ ・・・(23)
Δy=ΔY−b・α ・・・(24)
いずれの場合にも、本実施形態と同様に6軸方向の制御情報を生成することができる。そして、特に上述の静電容量方式の指紋センサを用いることで、高感度、超小型、超軽量、かつ低消費電力であって、6軸方向の制御指示が可能な入力装置を提供することができる。
Δx = ΔX M −a · γ (23)
Δy = ΔY M −b · α (24)
In any case, control information in the six-axis directions can be generated as in the present embodiment. In particular, by using the above-described capacitance-type fingerprint sensor, it is possible to provide an input device that is highly sensitive, ultra-compact, ultra-light, and has low power consumption and capable of instructing control in six axes. it can.

2. 情報装置
図19に、本実施形態における入力装置が適用されるICカードの構成ブロック図の一例を示す。ICカード600は、上述した指紋センサを用いた入力装置610と、画像生成部(広義には所定の制御対象の制御処理を行う処理部)620と、表示部630とを含む。入力装置610は、図1又は図4で説明した入力装置である。画像生成部620は、CPU、及びROM又はRAMに格納されたソフトウェアプログラムにより実現される。表示部630は、LCDパネル及びその駆動回路により実現される。
2. Information Device FIG. 19 shows an example of a configuration block diagram of an IC card to which the input device of this embodiment is applied. The IC card 600 includes an input device 610 using the above-described fingerprint sensor, an image generation unit (a processing unit that performs control processing of a predetermined control target in a broad sense) 620, and a display unit 630. The input device 610 is the input device described in FIG. 1 or FIG. The image generation unit 620 is realized by a CPU and a software program stored in a ROM or RAM. Display unit 630 is realized by an LCD panel and a driving circuit thereof.

ここで画像生成部620は、入力装置610から出力された制御情報に基づいて画像データを生成する(広義には制御処理を行う)。より具体的には、入力装置610により6軸方向の移動指示に対応して変化する画像の画像データを生成する。表示部630は、画像生成部620で生成された画像データに基づいて画像表示を行う。   Here, the image generation unit 620 generates image data based on the control information output from the input device 610 (performs control processing in a broad sense). More specifically, the input device 610 generates image data of an image that changes in response to a movement instruction in six axis directions. The display unit 630 displays an image based on the image data generated by the image generation unit 620.

このような構成のICカード600では、ユーザが入力装置600に指の指紋画像を6軸方向に移動させて、移動指示を行うことで、表示部630に表示されるポインタを移動させたり、表示部630の画像をスクロールさせたりすることができるようになる。   In the IC card 600 having such a configuration, the user moves the pointer image displayed on the display unit 630 by moving the fingerprint image of the finger in the six-axis direction to the input device 600 and giving a movement instruction. The image of the part 630 can be scrolled.

なおここでは、情報装置としてICカードを例に説明したが、PDA、携帯電話、3次元CAD装置、仮想現実体験装置又は電子楽器等に本実施形態に係る入力装置を適用することができる。   Here, although an IC card has been described as an example of the information device, the input device according to the present embodiment can be applied to a PDA, a mobile phone, a three-dimensional CAD device, a virtual reality experience device, an electronic musical instrument, or the like.

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention.

例えば本実施形態では、指紋センサを用いた入力装置について説明したが、これに限定されるものではなく、指紋以外の2次元又は3次元の物体の画像を取り込んで同様に制御情報を出力させることができる。また検出面を有さない入力装置についても同様に適用することができる。   For example, in this embodiment, an input device using a fingerprint sensor has been described. However, the present invention is not limited to this, and an image of a two-dimensional or three-dimensional object other than a fingerprint is captured and control information is output in the same manner. Can do. The present invention can also be applied to an input device that does not have a detection surface.

また本実施形態では、6軸方向の制御情報として前フレーム(少なくとも1フレーム以上前のフレーム)との差分に対応させて出力させるようにしていたが、これに限定されるものではない。例えば、基準となる原点位置から差分をフレームごとに積算し、6軸方向の制御情報として絶対値を出力させるようにしてもよい。   In this embodiment, the control information in the 6-axis direction is output in correspondence with the difference from the previous frame (at least one frame before the previous frame), but the present invention is not limited to this. For example, the difference may be integrated for each frame from the reference origin position, and an absolute value may be output as control information in the six-axis directions.

また、本発明のうち従属請求項に係る発明においては、従属先の請求項の構成要件の一部を省略する構成とすることもできる。また、本発明の1の独立請求項に係る発明の要部を、他の独立請求項に従属させることもできる。   In the invention according to the dependent claims of the present invention, a part of the constituent features of the dependent claims can be omitted. Moreover, the principal part of the invention according to one independent claim of the present invention can be made dependent on another independent claim.

本実施形態における入力装置の構成ブロック図。1 is a configuration block diagram of an input device in the present embodiment. 6軸方向の制御情報の説明図。Explanatory drawing of the control information of 6 axial directions. 指紋センサを用いた入力装置の概要を示す外観構成図。The external appearance block diagram which shows the outline | summary of the input device using a fingerprint sensor. 入力装置のハードウェア構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the hardware structural example of an input device. 指紋センサの一例を示す回路構成図。The circuit block diagram which shows an example of a fingerprint sensor. 静電容量検出素子の断面図。Sectional drawing of an electrostatic capacitance detection element. 指紋の山が接触する場合の静電容量検出素子の等価回路図。The equivalent circuit diagram of an electrostatic capacitance detection element in case a pile of fingerprints contacts. 指紋の谷が対向する場合の静電容量検出素子の等価回路図。The equivalent circuit schematic of an electrostatic capacitance detection element in case the valley of a fingerprint opposes. 図9(A)、(B)は指紋の特徴点の一例を示す説明図。9A and 9B are explanatory diagrams showing an example of feature points of a fingerprint. 入力装置の処理フローの一例を示すフロー図。The flowchart which shows an example of the processing flow of an input device. 図11(A)〜(C)はZ軸方向に指を移動させた場合の指紋画像の変化の一例の説明図。11A to 11C are explanatory diagrams illustrating examples of changes in the fingerprint image when the finger is moved in the Z-axis direction. 指紋画像の面積の算出処理の負荷を軽減する手法の説明図。Explanatory drawing of the method of reducing the load of the calculation process of the area of a fingerprint image. 図13(A)、(B)は特徴点の照合処理の一例の説明図。FIGS. 13A and 13B are explanatory diagrams of an example of a feature point matching process. 図14(A)〜(C)はZ軸方向の軸回りに指を移動させた場合の指紋画像の変化の一例の説明図。14A to 14C are explanatory diagrams illustrating examples of changes in the fingerprint image when the finger is moved around the axis in the Z-axis direction. 図15(A)〜(C)はY軸方向の軸回りに指を回転させて移動させた場合の指紋画像の変化の一例の説明図。FIGS. 15A to 15C are explanatory diagrams illustrating examples of changes in the fingerprint image when the finger is rotated and moved around the axis in the Y-axis direction. 図16(A)〜(C)はX軸方向の軸回りに指を回転させて移動させた場合の指紋画像の変化の一例の説明図。FIGS. 16A to 16C are diagrams illustrating examples of changes in the fingerprint image when the finger is rotated and moved around the axis in the X-axis direction. 図17(A)〜(C)はX軸方向に指を移動させた場合の指紋画像の変化の一例の説明図。FIGS. 17A to 17C are explanatory diagrams illustrating examples of changes in the fingerprint image when a finger is moved in the X-axis direction. 図18(A)〜(C)はY軸方向に指を移動させた場合の指紋画像の変化の一例の説明図。18A to 18C are explanatory diagrams illustrating examples of changes in the fingerprint image when the finger is moved in the Y-axis direction. ICカードの構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the structural example of an IC card.

符号の説明Explanation of symbols

10 入力装置、 20 画像取込部、 22 検出面、 30 画像解析部、32 特徴点抽出部、 34 重心位置算出部、 36 面積算出部、
40 差分算出部、 42 特徴点移動検出部、 44 重心位置移動検出部、46 面積変化検出部、 48 メモリ、 50 制御情報出力部、
52 X軸移動検出部、 54 Y軸移動検出部、
56 X軸回り回転検出部、 58 Y軸回り回転検出部、
60 Z軸回り回転検出部、 62 Z軸移動検出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Input device, 20 Image acquisition part, 22 Detection surface, 30 Image analysis part, 32 Feature point extraction part, 34 Gravity center position calculation part, 36 Area calculation part,
40 difference calculation unit, 42 feature point movement detection unit, 44 center of gravity position movement detection unit, 46 area change detection unit, 48 memory, 50 control information output unit,
52 X-axis movement detector, 54 Y-axis movement detector,
56 X-axis rotation detection unit, 58 Y-axis rotation detection unit,
60 Z-axis rotation detection unit, 62 Z-axis movement detection unit

Claims (11)

被検出物を移動させることにより制御情報を生成する入力装置であって、
指紋センサを用いて被検出物の画像を取り込む画像取込部と、
前記画像取込部により取り込まれた前記被検出物の所定フレームにおける画像の面積を求める面積算出部と、
前記面積算出部により求められた前記被検出物の画像の面積をフレーム単位で記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された、前記所定フレームよりも少なくとも1フレーム以上前の前記被検出物の画像の面積と、前記面積算出部により求められた前記所定フレームにおける面積との差分を求める差動算出部と、
前記差分に対応した制御情報を出力する制御情報出力部と、
を含み、
前記被検出物は、指紋であり、
前記指紋センサは、複数の電源線と、複数の出力線と、前記複数の電源線及び前記複数の出力の各交点に設けられた複数の静電容量検出素子と、を有し、
前記複数の静電容量検出素子の各々は、指紋の凹凸パターンに依存して変化する変化する可変容量と、信号増幅素子と、を有し、
前記面積算出部は、取り込まれた指紋の凹凸パターンによって特定される出力線の数及び電源線の数により前記面積を求め、前記記憶部に当該面積を記憶することを特徴とする入力装置。
An input device that generates control information by moving an object to be detected,
An image capturing unit that captures an image of an object to be detected using a fingerprint sensor;
An area calculating unit for obtaining an area of an image in a predetermined frame of the detected object captured by the image capturing unit;
A storage unit for storing the area of the image of the detection object obtained by the area calculation unit in units of frames;
Differential calculation for obtaining a difference between the area of the image of the detected object stored in the storage unit at least one frame before the predetermined frame and the area in the predetermined frame obtained by the area calculation unit And
A control information output unit for outputting control information corresponding to the difference;
Including
The detected object is a fingerprint,
The fingerprint sensor has a plurality of power lines, a plurality of output lines, and a plurality of capacitance detection elements provided at intersections of the plurality of power lines and the plurality of outputs,
Each of the plurality of electrostatic capacitance detection elements has a variable capacitance that changes depending on the concave / convex pattern of the fingerprint, and a signal amplification element,
The area calculation unit is captured obtains the area by the number of the number and power lines of the output line specified by the uneven pattern of the fingerprints, the input device comprising that you store the area in the storage unit.
請求項1において、
前記画像取込部が検出面を有し、該検出面に接する被検出物の画像を取り込み、
前記制御情報出力部は、
前記検出面に垂直な軸方向の前記被検出物の移動量に対応した制御情報を出力することを特徴とする入力装置。
In claim 1,
The image capturing unit has a detection surface, captures an image of an object to be detected that is in contact with the detection surface,
The control information output unit
An input device that outputs control information corresponding to a movement amount of the detected object in an axial direction perpendicular to the detection surface.
請求項1において、
前記画像取込部は、検出面を有し、該検出面に接する被検出物の画像を取り込み、
該入力装置は、
前記画像取込部により取り込まれた画像の重心位置を求める重心位置算出部と、
前記画像の特徴点を抽出する特徴点抽出部と、
少なくとも1フレーム以上前の前記被検出物の画像の重心位置と、前記重心位置算出部により求められた重心位置との第1の差分を求める重心位置移動検出部と、
少なくとも1フレーム以上前の前記被検出物の画像の特徴点の位置と、前記特徴点抽出部により抽出された特徴点の位置との第2の差分を求める特徴点位置移動検出部と、
前記第1及び第2の差分に基づいて、前記検出面上の互いに直交する第1又は第2の軸回りの回転角度を検出する回転角度検出部と、
を含み、
前記回転角度検出部は、
前記第1の差分の前記第1の軸方向成分から前記第2の差分の前記第1の軸方向成分を差し引いて前記第2の軸回りの回転角度を求めると共に、前記第1の差分の前記第2の軸方向成分から前記第2の差分の前記第2の軸方向成分を差し引いて前記第1の軸回りの回転角度を求め、
前記第1又は第2の軸回りの回転角度に対応した制御情報を出力することを特徴とする入力装置。
In claim 1,
The image capturing unit has a detection surface, captures an image of a detection object in contact with the detection surface,
The input device is
A center-of-gravity position calculating unit for obtaining a center-of-gravity position of an image captured by the image capturing unit;
A feature point extraction unit for extracting feature points of the image;
A center-of-gravity position movement detection unit for obtaining a first difference between the center-of-gravity position of the image of the detected object at least one frame before and the center-of-gravity position obtained by the center-of-gravity position calculation unit;
A feature point position movement detection unit for obtaining a second difference between the position of the feature point of the image of the detected object at least one frame before and the position of the feature point extracted by the feature point extraction unit;
Based on the first and second differences, a rotation angle detection unit that detects a rotation angle around the first or second axis orthogonal to each other on the detection surface;
Including
The rotation angle detector
Subtracting the first axial component of the second difference from the first axial component of the first difference to obtain a rotation angle about the second axis, and the first difference of the first difference Subtracting the second axial component of the second difference from a second axial component to determine a rotation angle about the first axis;
An input device that outputs control information corresponding to a rotation angle around the first or second axis.
請求項3において、
前記回転角度検出部は、
少なくとも1フレーム以上前の前記被検出物の画像の特徴点の位置が、基準点を中心に前記特徴点抽出部により抽出された特徴点の位置に回転した角度を、前記検出面と垂直な第3の軸回りの回転角度として求め、
前記第3の軸回りの回転角度に対応した制御情報を出力することを特徴とする入力装置。
In claim 3,
The rotation angle detector
The angle at which the position of the feature point of the image of the detected object at least one frame before is rotated to the position of the feature point extracted by the feature point extraction unit around the reference point is perpendicular to the detection surface. Obtained as a rotation angle around the axis of 3,
An input device that outputs control information corresponding to a rotation angle around the third axis.
請求項3又は4において、
前記第2の差分の前記第1の軸方向成分から前記第2の軸回りの回転角度に所与の第1の係数で重み付けされた値を差し引いて、前記第1の軸方向の移動に対応した制御情報を出力し、
前記第2の差分の前記第2の軸方向成分から前記第1の軸回りの回転角度に所与の第2の係数で重み付けされた値を差し引いて、前記第2の軸方向の移動に対応した制御情報を出力することを特徴とする入力装置。
In claim 3 or 4,
Corresponds to movement in the first axial direction by subtracting a value weighted by a given first coefficient from the first axial component of the second difference to the rotation angle around the second axis Output control information,
Corresponding to movement in the second axial direction by subtracting a value weighted by a given second coefficient from the second axial component of the second difference to the rotation angle around the first axis An input device that outputs the control information.
請求項3又は4において、
前記第1の差分の前記第1の軸方向成分から前記第2の軸回りの回転角度に所与の第1の係数で重み付けされた値を差し引いて、前記第1の軸方向の移動に対応した制御情報を出力し、
前記第1の差分の前記第2の軸方向成分から前記第1の軸回りの回転角度に所与の第2の係数で重み付けされた値を差し引いて、前記第2の軸方向の移動に対応した制御情報を出力することを特徴とする入力装置。
In claim 3 or 4,
Corresponding to movement in the first axial direction by subtracting a value weighted by a given first coefficient from the first axial component of the first difference to the rotation angle around the second axis Output control information,
Corresponding to the movement in the second axial direction by subtracting a value weighted by a given second coefficient from the rotation angle around the first axis from the second axial component of the first difference An input device that outputs the control information.
請求項1乃至6のいずれか記載の入力装置と、
前記入力装置からの制御情報に基づいて制御処理を行う処理部と、
を含むことを特徴とする情報装置。
An input device according to any one of claims 1 to 6,
A processing unit that performs control processing based on control information from the input device;
An information device comprising:
指紋センサを用いて取り込んだ被検出物の画像を用いて制御情報を生成する制御情報生成方法であって、
前記被検出物は、指紋であり、
前記指紋センサは、複数の電源線と、複数の出力線と、前記複数の電源線及び前記複数の出力の各交点に設けられた複数の静電容量検出素子と、を有し、
前記複数の静電容量検出素子の各々は、指紋の凹凸パターンに依存して変化する変化する可変容量と、信号増幅素子と、を有し、
該制御情報生成方法は、
検出面に接する被検出物の画像の面積を、取り込まれた指紋の凹凸パターンによって特定される出力線の数及び電源線の数によって求め、該面積をフレーム単位で記憶し、
前記被検出物の所定フレームにおける画像の面積と、記憶された、前記所定フレームよりも少なくとも1フレーム以上前の前記被検出物の画像の面積との差分を求め、
前記検出面と垂直な方向の前記被検出物の移動に応じて、前記差分に対応した制御情報を出力することを制御情報生成方法。
A control information generation method for generating control information using an image of a detected object captured using a fingerprint sensor,
The detected object is a fingerprint,
The fingerprint sensor has a plurality of power lines, a plurality of output lines, and a plurality of capacitance detection elements provided at intersections of the plurality of power lines and the plurality of outputs,
Each of the plurality of electrostatic capacitance detection elements has a variable capacitance that changes depending on the concave / convex pattern of the fingerprint, and a signal amplification element,
The control information generation method includes:
The area of the image of the detected object in contact with the detection surface is obtained by the number of output lines and the number of power supply lines specified by the captured fingerprint uneven pattern, and the area is stored in units of frames.
Obtaining the difference between the area of the image of the detected object in the predetermined frame and the area of the stored image of the detected object at least one frame before the predetermined frame ;
A control information generation method that outputs control information corresponding to the difference in accordance with movement of the detected object in a direction perpendicular to the detection surface.
請求項8において、
検出面に接する被検出物の画像の重心位置を求めると共に前記画像の特徴点を抽出し、
該重心位置と少なくとも1フレーム以上前の前記被検出物の画像の重心位置との差分を求めると共に、該特徴点の位置と少なくとも1フレーム以上前の前記被検出物の画像の特徴点の位置との差分を求め、
前記重心位置の差分と前記特徴点の差分とに基づいて、前記検出面上で互いに直交する第1又は第2の軸回りの回転角度を検出し、
前記回転角度に対応した制御情報を出力することを特徴とする制御情報生成方法。
In claim 8,
Obtaining the position of the center of gravity of the image of the detected object in contact with the detection surface and extracting the feature point of the image;
The difference between the center of gravity position and the center of gravity of the image of the detected object at least one frame before is obtained, and the position of the feature point and the position of the feature point of the image of the detected object at least one frame before Find the difference between
Based on the difference between the center of gravity position and the difference between the feature points, a rotation angle around the first or second axis orthogonal to each other on the detection surface is detected,
A control information generation method characterized by outputting control information corresponding to the rotation angle.
請求項9において、
少なくとも1つ前の前記被検出物の画像の特徴点の位置が、基準点を中心に、抽出された特徴点の位置に回転した角度により、前記検出面の前記第1及び第2の軸と直交する第3の軸回りの回転角度を求めることを特徴とする制御情報生成方法。
In claim 9,
The position of the feature point of the image of the object to be detected at least one before is rotated to the position of the extracted feature point around the reference point, and the first and second axes of the detection surface A control information generation method characterized in that a rotation angle about a third axis orthogonal to each other is obtained.
請求項9又は10において、
前記特徴点の差分と、前記第1又第2の軸回りの回転角度とを用いて、前記第1又は第2の軸方向の移動に対応した制御情報を出力することを特徴とする制御情報生成方法。
In claim 9 or 10,
Control information corresponding to movement in the first or second axial direction is output using the difference between the feature points and the rotation angle around the first or second axis. Generation method.
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