JP2000065514A - 表面形状認識用センサ回路 - Google Patents
表面形状認識用センサ回路Info
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 9
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- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 9
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 6
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- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
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- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 指紋のような微小な凹凸を、大きな信号差と
して発生させる。 【解決手段】 上部電極４に接続される第１の端子と下
部電極１に接続される第２の端子間の容量が測定対象物
の表面凹凸に応じて変化する容量センサ素子Ｃｆと、第
２の端子に接続されＣｆの容量の変化を検出する検出回
路１０と、第２の端子と外部電位Ｖｐとの接続をオン・
オフするスイッチＳＷと、第１の端子の電位を制御し、
かつスイッチのオン・オフを制御する制御手段１１とを
備え、制御手段は第１の端子を一定電位にしてスイッチ
をオンしてＣｆを充電した後、前記スイッチをオフする
とともに第１の端子の電位を前記一定電位とは異なる電
位に変化させ、検出回路は、スイッチがオフになり第１
の端子の電位が一定電位とは異なる電位に変化したとき
の第２の端子の電位を検出する。
して発生させる。 【解決手段】 上部電極４に接続される第１の端子と下
部電極１に接続される第２の端子間の容量が測定対象物
の表面凹凸に応じて変化する容量センサ素子Ｃｆと、第
２の端子に接続されＣｆの容量の変化を検出する検出回
路１０と、第２の端子と外部電位Ｖｐとの接続をオン・
オフするスイッチＳＷと、第１の端子の電位を制御し、
かつスイッチのオン・オフを制御する制御手段１１とを
備え、制御手段は第１の端子を一定電位にしてスイッチ
をオンしてＣｆを充電した後、前記スイッチをオフする
とともに第１の端子の電位を前記一定電位とは異なる電
位に変化させ、検出回路は、スイッチがオフになり第１
の端子の電位が一定電位とは異なる電位に変化したとき
の第２の端子の電位を検出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、表面形状認識用セ
ンサ回路に関するものであり、特に人間の指紋や動物の
鼻紋などの微細な凹凸を感知する容量形センサ回路に関
する。
ンサ回路に関するものであり、特に人間の指紋や動物の
鼻紋などの微細な凹凸を感知する容量形センサ回路に関
する。
【０００２】
【従来の技術】指紋のパターンの検出を主な応用例とし
た表面形状認識用センサ回路としては、「‘ＩＳＳＣＣ
ＤＩＧＥＳＴ ＯＦ ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＰＡＰＥ
ＲＳ’ＦＥＢＲＵＡＲＹ １９９８ ｐｐ．２８４〜２
８５」に記載されている回路がある。このセンサ回路
は、図６に示すようにＬＳＩチップ３０の上に２次元に
配列された小さなセンサ素子２０の電極と、この電極上
に形成された絶縁膜を介して触れた指４０の皮膚との間
に形成される静電容量を検出して、指紋の凹凸パターン
を感知するものである。
た表面形状認識用センサ回路としては、「‘ＩＳＳＣＣ
ＤＩＧＥＳＴ ＯＦ ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＰＡＰＥ
ＲＳ’ＦＥＢＲＵＡＲＹ １９９８ ｐｐ．２８４〜２
８５」に記載されている回路がある。このセンサ回路
は、図６に示すようにＬＳＩチップ３０の上に２次元に
配列された小さなセンサ素子２０の電極と、この電極上
に形成された絶縁膜を介して触れた指４０の皮膚との間
に形成される静電容量を検出して、指紋の凹凸パターン
を感知するものである。
【０００３】指紋の凹凸により形成される容量の値が異
なるため、この容量差を検出することで指紋の凹凸を感
知することができる。このようにな測定対象物の表面形
状の凹凸を反映した容量値を検出するセンサ回路の実現
例を図４に示す。図４において、Ｃｆは測定対象物の表
面形状の凹凸を反映した容量である。Ｃｓは節点Ｎ２の
電位を変化させための容量、Ｃｐは寄生容量である。ま
た、Ｖｐは後述のスイッチＳＷの閉結により節点Ｎ２に
与えられる電位、Ｖｓは図中の節点Ｎ４の電位である。
なお、節点Ｎ３は指の皮膚にあたる。そのため、節点Ｎ
３には特定の電位をセンサ回路からは与えていないが、
ある電位に固定されていると考えてよい。Ｐはスイッチ
ＳＷを制御する信号である。スイッチＳＷは例えばＭＯ
Ｓトランジスタを用いて実現することができる。なお、
１０は検出回路である。
なるため、この容量差を検出することで指紋の凹凸を感
知することができる。このようにな測定対象物の表面形
状の凹凸を反映した容量値を検出するセンサ回路の実現
例を図４に示す。図４において、Ｃｆは測定対象物の表
面形状の凹凸を反映した容量である。Ｃｓは節点Ｎ２の
電位を変化させための容量、Ｃｐは寄生容量である。ま
た、Ｖｐは後述のスイッチＳＷの閉結により節点Ｎ２に
与えられる電位、Ｖｓは図中の節点Ｎ４の電位である。
なお、節点Ｎ３は指の皮膚にあたる。そのため、節点Ｎ
３には特定の電位をセンサ回路からは与えていないが、
ある電位に固定されていると考えてよい。Ｐはスイッチ
ＳＷを制御する信号である。スイッチＳＷは例えばＭＯ
Ｓトランジスタを用いて実現することができる。なお、
１０は検出回路である。
【０００４】次に図４に示したセンサ回路の動作を図５
のタイミングチャートに基づいて説明する。まず、図５
（ａ）において制御信号ＰをＨｉｇｈレベルにすること
によりスイッチＳＷを導通状態にし、図４の節点Ｎ２の
電位を電圧ＶＰに設定する。この動作をプリチャージと
呼ぶ。節点Ｎ２をブリチャージ後、制御信号ＰをＬｏｗ
レベルにしてスイッチＳＷを非導通状態にした後、Ｖｓ
の電位を変化させる。
のタイミングチャートに基づいて説明する。まず、図５
（ａ）において制御信号ＰをＨｉｇｈレベルにすること
によりスイッチＳＷを導通状態にし、図４の節点Ｎ２の
電位を電圧ＶＰに設定する。この動作をプリチャージと
呼ぶ。節点Ｎ２をブリチャージ後、制御信号ＰをＬｏｗ
レベルにしてスイッチＳＷを非導通状態にした後、Ｖｓ
の電位を変化させる。
【０００５】ここで、Ｖｓの変化量を△Ｖｓとすると、
節点Ｎ２の電位は容量Ｃｓによる容量結合に基づいて変
化する。節点Ｎ２の電位の変化量△ＶN2は、 △ＶN2＝Ｃｓ／（Ｃｆ＋Ｃｐ＋Ｃｓ）＊△Ｖｓ （１） となる。ここで測定対象物の表面形状が凹の場合のＣｆ
の値をＣｆ０、表面形状が凸の場合のＣｆの値をＣｆ１
とすると（この場合、Ｃｆ０＜Ｃｆ１となる）、表面形
状の違いによる変化量の差△Ｖは、 ΔＶ＝ （Ｃｓ／（Ｃｆ０＋Ｃｐ＋Ｃｓ）−Ｃｓ／（Ｃｆ１＋Ｃｐ＋Ｃｓ））＊△Ｖｓ （２） となる。したがって、測定対象物の表面形状の違いによ
る変化量の差△Ｖを検出回路１０により判定することで
測定対象物の表面形状の凹凸を検出することができる。
節点Ｎ２の電位は容量Ｃｓによる容量結合に基づいて変
化する。節点Ｎ２の電位の変化量△ＶN2は、 △ＶN2＝Ｃｓ／（Ｃｆ＋Ｃｐ＋Ｃｓ）＊△Ｖｓ （１） となる。ここで測定対象物の表面形状が凹の場合のＣｆ
の値をＣｆ０、表面形状が凸の場合のＣｆの値をＣｆ１
とすると（この場合、Ｃｆ０＜Ｃｆ１となる）、表面形
状の違いによる変化量の差△Ｖは、 ΔＶ＝ （Ｃｓ／（Ｃｆ０＋Ｃｐ＋Ｃｓ）−Ｃｓ／（Ｃｆ１＋Ｃｐ＋Ｃｓ））＊△Ｖｓ （２） となる。したがって、測定対象物の表面形状の違いによ
る変化量の差△Ｖを検出回路１０により判定することで
測定対象物の表面形状の凹凸を検出することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
表面形状認識用センサ回路では、寄生容量Ｃｐおよび節
点Ｎ２の電位を変化させための容量Ｃｓの影響により、
表面形状の違いによる変化量の差△Ｖをあまり大きくで
きないという問題がある。ここで、検出回路１０の製造
ばらつきや電源ノイズ等を考慮すると、表面形状の違い
による変化量の差△Ｖは大きいことが望ましい。容量Ｃ
ｓをある程度大きくすることで変化量の差△Ｖを大きく
することができるが、容量Ｃｓは寄生容量Ｃｐと並列に
接続されているために寄生容量Ｃｐと同じ影響を与えて
しまい、必要以上に容量Ｃｓを大きくすると、逆に表面
形状の違いによる変化量の差△Ｖは小さくなってしま
う。また、寄生容量Ｃｐの値によって最適な容量Ｃｓの
値が異なるため、あらかじめ寄生容量Ｃｐの値を予測し
て容量Ｃｓの大きさを設計しなければならない。実際
は、寄生容量Ｃｐの見積り値と実際の値は異なるため、
容量Ｃｓを最適値にすることは難しい。また、寄生容量
Ｃｐの見積り値と実際の値が大きく異なると、センサ回
路が所望の通り動作しなくなってしまう。
表面形状認識用センサ回路では、寄生容量Ｃｐおよび節
点Ｎ２の電位を変化させための容量Ｃｓの影響により、
表面形状の違いによる変化量の差△Ｖをあまり大きくで
きないという問題がある。ここで、検出回路１０の製造
ばらつきや電源ノイズ等を考慮すると、表面形状の違い
による変化量の差△Ｖは大きいことが望ましい。容量Ｃ
ｓをある程度大きくすることで変化量の差△Ｖを大きく
することができるが、容量Ｃｓは寄生容量Ｃｐと並列に
接続されているために寄生容量Ｃｐと同じ影響を与えて
しまい、必要以上に容量Ｃｓを大きくすると、逆に表面
形状の違いによる変化量の差△Ｖは小さくなってしま
う。また、寄生容量Ｃｐの値によって最適な容量Ｃｓの
値が異なるため、あらかじめ寄生容量Ｃｐの値を予測し
て容量Ｃｓの大きさを設計しなければならない。実際
は、寄生容量Ｃｐの見積り値と実際の値は異なるため、
容量Ｃｓを最適値にすることは難しい。また、寄生容量
Ｃｐの見積り値と実際の値が大きく異なると、センサ回
路が所望の通り動作しなくなってしまう。
【０００７】したがって、従来の表面形状認識用センサ
回路では、表面形状に対応した大きな信号差を発生する
ことが困難であった。特に指紋のように微小な凹凸を検
出しようとする場合、変化量の差△Ｖは非常に小さくな
ってしまう。この結果、検出回路の製造ばらつきや電源
ノイズ等により指紋パターンの検出精度が低下したり、
または検出できないという問題があった。本発明は、上
述の問題を解決するべくなされたものでありその目的と
するところは、指紋のような微小な凹凸を、大きな信号
差として発生させることにある。
回路では、表面形状に対応した大きな信号差を発生する
ことが困難であった。特に指紋のように微小な凹凸を検
出しようとする場合、変化量の差△Ｖは非常に小さくな
ってしまう。この結果、検出回路の製造ばらつきや電源
ノイズ等により指紋パターンの検出精度が低下したり、
または検出できないという問題があった。本発明は、上
述の問題を解決するべくなされたものでありその目的と
するところは、指紋のような微小な凹凸を、大きな信号
差として発生させることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明は、測定対象物の表面凹凸に応じて第１
の端子と第２の端子間の容量が変化する容量センサ素子
と、第２の端子に接続され容量センサ素子の容量の変化
を検出する検出手段と、第２の端子と外部電位との接続
をオン・オフするスイッチと、第１の端子の電位を制御
するとともに、スイッチのオン・オフを制御する制御手
段とを備え、制御手段は、第１の端子を一定電位にして
スイッチをオンして容量センサ素子を充電した後、スイ
ッチをオフするとともに第１の端子の電位を前記一定電
位とは異なる電位に変化させ、検出手段は、スイッチが
オフになり第１の端子の電位が一定電位とは異なる電位
に変化したときの第２の端子の電位を検出するようにし
たものである。また、半導体基板と、半導体基板上に形
成された少なくとも１つの下部電極と、半導体基板上に
容量センサ素子毎に形成された導電性を有する支持部材
と、支持部材上に形成された上部電極とを備え、上記容
量センサ素子の第１及び第２の端子はそれぞれ上部電極
及び下部電極に接続されるとともに、制御手段は、上部
電極及び下部電極の電位を個別に制御するものである。
るために本発明は、測定対象物の表面凹凸に応じて第１
の端子と第２の端子間の容量が変化する容量センサ素子
と、第２の端子に接続され容量センサ素子の容量の変化
を検出する検出手段と、第２の端子と外部電位との接続
をオン・オフするスイッチと、第１の端子の電位を制御
するとともに、スイッチのオン・オフを制御する制御手
段とを備え、制御手段は、第１の端子を一定電位にして
スイッチをオンして容量センサ素子を充電した後、スイ
ッチをオフするとともに第１の端子の電位を前記一定電
位とは異なる電位に変化させ、検出手段は、スイッチが
オフになり第１の端子の電位が一定電位とは異なる電位
に変化したときの第２の端子の電位を検出するようにし
たものである。また、半導体基板と、半導体基板上に形
成された少なくとも１つの下部電極と、半導体基板上に
容量センサ素子毎に形成された導電性を有する支持部材
と、支持部材上に形成された上部電極とを備え、上記容
量センサ素子の第１及び第２の端子はそれぞれ上部電極
及び下部電極に接続されるとともに、制御手段は、上部
電極及び下部電極の電位を個別に制御するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明に係る表面形状認識用セン
サ回路は、センサ素子を構成する容量の複数の電極の電
位を個別に制御する手段を有することを主な特徴とす
る。そしてこうした手段を備えることにより、測定対象
物の表面形状を反映した大きな信号差を発生する手段を
提供することができる。
サ回路は、センサ素子を構成する容量の複数の電極の電
位を個別に制御する手段を有することを主な特徴とす
る。そしてこうした手段を備えることにより、測定対象
物の表面形状を反映した大きな信号差を発生する手段を
提供することができる。
【００１０】以下、本発明について図面を参照して説明
する。図１は本発明に係る表面形状認識用センサ回路の
構成を示す図であり、半導体基板上に二次元配列された
図６に示すセンサアレイ（ＬＳＩ）３０のうち１つのセ
ンサ素子２０の断面を示すものである。
する。図１は本発明に係る表面形状認識用センサ回路の
構成を示す図であり、半導体基板上に二次元配列された
図６に示すセンサアレイ（ＬＳＩ）３０のうち１つのセ
ンサ素子２０の断面を示すものである。
【００１１】図１において、１は下部電極、２は金属
膜、３は支持部材、４は上部電極、５は半導体基板、６
は保護膜、１０は検出回路、ＳＷはスイッチである。こ
こで、各センサ素子２０は支持部材３により分離され
る。なお、図１において、Ｃｆは上部電極４と下部電極
１間の容量であり、保護膜６上にある測定対象物の表面
形状の凹凸を反映した容量である。また、Ｃｐは寄生容
量、Ｖｐは図中の節点Ｎ１に与えられる外部電位であ
る。さらに、ＰはスイッチＳＷの制御信号である。スイ
ッチＳＷは例えばＭＯＳトランジスタを用いて実現する
ことができる。また、１０は検出回路、１１は制御手段
である。図１に示すセンサ回路は、図４の従来回路に対
し、節点の電位を変化させための容量Ｃｓを削除した点
が異なる。また、容量Ｃｆの節点Ｎ１に接続している下
部電極１とは異なる、もう一方の上部電極４の電位も制
御している点も異なる。
膜、３は支持部材、４は上部電極、５は半導体基板、６
は保護膜、１０は検出回路、ＳＷはスイッチである。こ
こで、各センサ素子２０は支持部材３により分離され
る。なお、図１において、Ｃｆは上部電極４と下部電極
１間の容量であり、保護膜６上にある測定対象物の表面
形状の凹凸を反映した容量である。また、Ｃｐは寄生容
量、Ｖｐは図中の節点Ｎ１に与えられる外部電位であ
る。さらに、ＰはスイッチＳＷの制御信号である。スイ
ッチＳＷは例えばＭＯＳトランジスタを用いて実現する
ことができる。また、１０は検出回路、１１は制御手段
である。図１に示すセンサ回路は、図４の従来回路に対
し、節点の電位を変化させための容量Ｃｓを削除した点
が異なる。また、容量Ｃｆの節点Ｎ１に接続している下
部電極１とは異なる、もう一方の上部電極４の電位も制
御している点も異なる。
【００１２】図１のセンサ回路では、容量Ｃｆを形成す
るために、本出願人の別途出願である特願平１０−５３
９１１号に記載されている方法を用いた場合を示してい
るが、本発明はこれに限定されるものではない。この特
願平１０−５３９１１号においては、容量ＣｆはＬＳＩ
チップの上に変形可能な上部電極４と半導体基板５上に
配置された下部電極１とにより構成される。また、上部
電極４は導電性を有した支持部材３によって支えられて
いる。そして、測定対象物の表面形状の凹凸に対応して
上部電極４が変形するため、容量Ｃｆの値が変化する。
この容量Ｃｆの値の変化は、容量Ｃｆが接続された下部
電極１及び節点Ｎ１を介して検出回路１０により検出さ
れる。なお、容量Ｃｆの上部電極４の電位の制御は、導
電体である支持部材３の電位を制御することで可能にな
る。即ち、支持部材３と接続される金属膜２に、電圧Ｖ
ｓを与えることで上部電極４の電位を制御することがで
きる。
るために、本出願人の別途出願である特願平１０−５３
９１１号に記載されている方法を用いた場合を示してい
るが、本発明はこれに限定されるものではない。この特
願平１０−５３９１１号においては、容量ＣｆはＬＳＩ
チップの上に変形可能な上部電極４と半導体基板５上に
配置された下部電極１とにより構成される。また、上部
電極４は導電性を有した支持部材３によって支えられて
いる。そして、測定対象物の表面形状の凹凸に対応して
上部電極４が変形するため、容量Ｃｆの値が変化する。
この容量Ｃｆの値の変化は、容量Ｃｆが接続された下部
電極１及び節点Ｎ１を介して検出回路１０により検出さ
れる。なお、容量Ｃｆの上部電極４の電位の制御は、導
電体である支持部材３の電位を制御することで可能にな
る。即ち、支持部材３と接続される金属膜２に、電圧Ｖ
ｓを与えることで上部電極４の電位を制御することがで
きる。
【００１３】図１に示したセンサ回路の動作を、図２の
タイミングチャートに基づいて説明する。まず、制御手
段１１は、図２（ｂ）の時点で電圧Ｖｓを一定電位と
し、これを金属膜２及び支持部材３を介して上部電極４
に与える。次に制御手段１１は、図２（ａ）の時点で
制御信号ＰをＨｉｇｈレベルにしてスイッチＳＷを導通
状態にし、図１に示す節点Ｎ１の電位を外部電圧Ｖｐに
プリチャージして、容量Ｃｆを充電する。節点Ｎ１をプ
リチャージ後、制御手段１１は図２（ａ）の時点で制
御信号ＰをＬｏｗレベルにしてスイッチＳＷを非導通状
態にし、さらにＶｓの電位を図２（ｂ）に示すように前
記一定電位からΔＶｓ分変化させる。ここで、電圧Ｖｓ
の変化量が△Ｖｓである場合、節点Ｎ１の電位は容量Ｃ
ｆによる容量結合により変化し、節点Ｎ１の電位の変化
量は Ｃｆ／（Ｃｆ＋Ｃｐ）＊△Ｖｓ （３） となる。
タイミングチャートに基づいて説明する。まず、制御手
段１１は、図２（ｂ）の時点で電圧Ｖｓを一定電位と
し、これを金属膜２及び支持部材３を介して上部電極４
に与える。次に制御手段１１は、図２（ａ）の時点で
制御信号ＰをＨｉｇｈレベルにしてスイッチＳＷを導通
状態にし、図１に示す節点Ｎ１の電位を外部電圧Ｖｐに
プリチャージして、容量Ｃｆを充電する。節点Ｎ１をプ
リチャージ後、制御手段１１は図２（ａ）の時点で制
御信号ＰをＬｏｗレベルにしてスイッチＳＷを非導通状
態にし、さらにＶｓの電位を図２（ｂ）に示すように前
記一定電位からΔＶｓ分変化させる。ここで、電圧Ｖｓ
の変化量が△Ｖｓである場合、節点Ｎ１の電位は容量Ｃ
ｆによる容量結合により変化し、節点Ｎ１の電位の変化
量は Ｃｆ／（Ｃｆ＋Ｃｐ）＊△Ｖｓ （３） となる。
【００１４】ここで、表面形状が凹の場合のＣｆの値を
Ｃｆ０、表面形状が凸の場合のＣｆの値をＣｆ１とする
と（この場合、Ｃｆ０＜Ｃｆ１となる）、表面形状の違
いによる変化量の差△Ｖは、 ΔＶ＝ （Ｃｆ１／（Ｃｆ１＋Ｃｐ）−Ｃｆ０／（Ｃｆ０＋Ｃｐ））＊△Ｖｓ （４） となる。
Ｃｆ０、表面形状が凸の場合のＣｆの値をＣｆ１とする
と（この場合、Ｃｆ０＜Ｃｆ１となる）、表面形状の違
いによる変化量の差△Ｖは、 ΔＶ＝ （Ｃｆ１／（Ｃｆ１＋Ｃｐ）−Ｃｆ０／（Ｃｆ０＋Ｃｐ））＊△Ｖｓ （４） となる。
【００１５】そして、表面形状の違いによる変化量の差
△Ｖを検出回路１０で検出して判定することにより、表
面形状の凹凸を検出する。このように本センサ回路は、
容量Ｃｆに接続される複数の電極の電位を、検出のタイ
ミングに合わせて変化させることにより、容量Ｃｆの容
量変化に対応する電圧変化を大きくして検出感度を高め
るようにしたものである。ここで、表面形状の違いによ
る変化量の差△Ｖの大きさを従来例と比較した場合の例
を図３に示す。図３において、横軸はＣｐとＣｆ０との
比である。図３からわかるように、本発明のセンサ回路
の方が表面形状の違いによる変化量の差△Ｖが大きくな
っていることがわかる。したがって、従来の表面形状認
識用センサ回路に比べて表面形状の凹凸を反映した信号
変化の差を大きくすることができる。なお、表面形状の
違いによる変化量の差△Ｖは、寄生容量Ｃｐを小さくし
た方がより大きくなることは図３から明らかである。
△Ｖを検出回路１０で検出して判定することにより、表
面形状の凹凸を検出する。このように本センサ回路は、
容量Ｃｆに接続される複数の電極の電位を、検出のタイ
ミングに合わせて変化させることにより、容量Ｃｆの容
量変化に対応する電圧変化を大きくして検出感度を高め
るようにしたものである。ここで、表面形状の違いによ
る変化量の差△Ｖの大きさを従来例と比較した場合の例
を図３に示す。図３において、横軸はＣｐとＣｆ０との
比である。図３からわかるように、本発明のセンサ回路
の方が表面形状の違いによる変化量の差△Ｖが大きくな
っていることがわかる。したがって、従来の表面形状認
識用センサ回路に比べて表面形状の凹凸を反映した信号
変化の差を大きくすることができる。なお、表面形状の
違いによる変化量の差△Ｖは、寄生容量Ｃｐを小さくし
た方がより大きくなることは図３から明らかである。
【００１６】このように、本発明の表面形状認識用セン
サ回路では、Ｃｆによる容量結合を利用して測定対象物
表面形状の凹凸を反映した信号を発生させるため、従来
例に比べて表面形状の凹凸を反映した信号変化の差を大
きくすることができる。また、容量Ｃｓが不要となるこ
とから、設計時に寄生容量Ｃｐを見積ることが不要にな
り、したがって寄生容量Ｃｐを見積もって適切な容量Ｃ
ｓを設計する煩雑さをなくすことができる。この結果、
本表面形状認識用センサ回路は、検出回路１０の製造ば
らつきや電源ノイズ等によって指紋パターンの検出精度
が低下したり、検出できなくなるといった問題を防ぐこ
とができる。
サ回路では、Ｃｆによる容量結合を利用して測定対象物
表面形状の凹凸を反映した信号を発生させるため、従来
例に比べて表面形状の凹凸を反映した信号変化の差を大
きくすることができる。また、容量Ｃｓが不要となるこ
とから、設計時に寄生容量Ｃｐを見積ることが不要にな
り、したがって寄生容量Ｃｐを見積もって適切な容量Ｃ
ｓを設計する煩雑さをなくすことができる。この結果、
本表面形状認識用センサ回路は、検出回路１０の製造ば
らつきや電源ノイズ等によって指紋パターンの検出精度
が低下したり、検出できなくなるといった問題を防ぐこ
とができる。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、上
部電極（第１の端子）と下部電極（第２の端子）間の容
量センサ素子Ｃｆによる容量結合を利用して測定対象物
の表面形状の凹凸を反映した信号を発生させるため、従
来例に比べて表面形状の凹凸を反映した信号変化の差を
大きくすることができる。また、節点の電位を変化させ
ための容量Ｃｓが不要になるため、設計時に寄生容量Ｃ
ｐを見積もって適切なＣｓを設計する煩雑さをなくすこ
とができる。このため、検出回路の製造ばらつきや電源
ノイズ等によって指紋パターンの検出精度が低下した
り、検出できなくなるという問題を防ぐことができる効
果がある。特に指紋のように微小な凹凸を検出する表面
形状認識用センサに本発明のセンサ回路を適用すれば、
効果は大である。
部電極（第１の端子）と下部電極（第２の端子）間の容
量センサ素子Ｃｆによる容量結合を利用して測定対象物
の表面形状の凹凸を反映した信号を発生させるため、従
来例に比べて表面形状の凹凸を反映した信号変化の差を
大きくすることができる。また、節点の電位を変化させ
ための容量Ｃｓが不要になるため、設計時に寄生容量Ｃ
ｐを見積もって適切なＣｓを設計する煩雑さをなくすこ
とができる。このため、検出回路の製造ばらつきや電源
ノイズ等によって指紋パターンの検出精度が低下した
り、検出できなくなるという問題を防ぐことができる効
果がある。特に指紋のように微小な凹凸を検出する表面
形状認識用センサに本発明のセンサ回路を適用すれば、
効果は大である。
【図１】 本発明のセンサ回路の構成を示す図である。
【図２】 図１のセンサ回路の動作を示すタイムチャー
トである。
トである。
【図３】 測定対象物の表面形状の凹凸を反映した信号
変化の差を本発明のセンサ回路と従来回路とで比較した
場合のグラフである。
変化の差を本発明のセンサ回路と従来回路とで比較した
場合のグラフである。
【図４】 従来回路の構成を示す図である。
【図５】 従来回路の動作を示すタイムチャートであ
る。
る。
【図６】 センサアレイの構成を示す図である。
１…下部電極、２…金属膜、３…支持部材、４…上部電
極、５…半導体基板、６…保護膜、１０…検出回路、１
１…制御手段、２０…センサ素子、Ｖｐ，Ｖｓ…電位、
ΔＶｓ…電位の変化量、ΔＶ…電位の変化量の差、Ｎ１
〜Ｎ４…節点、Ｃｆ…容量センサ素子、Ｃｆ０…表面形
状が凹の場合の容量センサ素子の容量、Ｃｆ１…表面形
状が凸の場合の容量センサ素子の容量、Ｃｐ…寄生容
量、Ｃｓ…信号発生に用いる容量。
極、５…半導体基板、６…保護膜、１０…検出回路、１
１…制御手段、２０…センサ素子、Ｖｐ，Ｖｓ…電位、
ΔＶｓ…電位の変化量、ΔＶ…電位の変化量の差、Ｎ１
〜Ｎ４…節点、Ｃｆ…容量センサ素子、Ｃｆ０…表面形
状が凹の場合の容量センサ素子の容量、Ｃｆ１…表面形
状が凸の場合の容量センサ素子の容量、Ｃｐ…寄生容
量、Ｃｓ…信号発生に用いる容量。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F063 AA43 BA29 CB08 DD07 HA04 LA09 4C038 FF01 FG00 5B047 AA25
Claims (2)
- 【請求項１】 測定対象物の表面凹凸に応じて第１の端
子と第２の端子間の容量が変化する容量センサ素子と、 前記第２の端子に接続され前記容量センサ素子の容量の
変化を検出する検出手段と、 前記第２の端子と外部電位との接続をオン・オフするス
イッチと、 前記第１の端子の電位を制御するとともに、前記スイッ
チのオン・オフを制御する制御手段とを備え、 前記制御手段は、前記第１の端子を一定電位にして前記
スイッチをオンして前記容量センサ素子を充電した後、
前記スイッチをオフするとともに前記第１の端子の電位
を前記一定電位とは異なる電位に変化させ、 前記検出手段は、前記スイッチがオフになり前記第１の
端子の電位が前記一定電位とは異なる電位に変化したと
きの前記第２の端子の電位を検出することを特徴とする
表面形状認識用センサ回路。 - 【請求項２】 請求項１において、 半導体基板と、前記半導体基板上に形成された少なくと
も１つの下部電極と、前記半導体基板上に前記容量セン
サ素子毎に形成された導電性を有する支持部材と、前記
支持部材上に形成された上部電極とを備え、前記容量セ
ンサ素子の第１及び第２の端子はそれぞれ前記上部電極
及び下部電極に接続されるとともに、前記制御手段は、
前記上部電極及び下部電極の電位を個別に制御すること
を特徴とする表面形状認識用センサ回路。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23385898A JP3270927B2 (ja) | 1998-08-20 | 1998-08-20 | 表面形状認識用センサ回路 |
| EP99250215A EP0969477B1 (en) | 1998-07-02 | 1999-07-01 | Small capacitance change detection device |
| DE69933339T DE69933339T8 (de) | 1998-07-02 | 1999-07-01 | Nachweisvorrichtung für kleine Kapazitätsänderungen |
| US09/347,240 US6438257B1 (en) | 1998-07-02 | 1999-07-02 | Small capacitance change detection device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23385898A JP3270927B2 (ja) | 1998-08-20 | 1998-08-20 | 表面形状認識用センサ回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000065514A true JP2000065514A (ja) | 2000-03-03 |
| JP3270927B2 JP3270927B2 (ja) | 2002-04-02 |
Family
ID=16961683
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23385898A Expired - Lifetime JP3270927B2 (ja) | 1998-07-02 | 1998-08-20 | 表面形状認識用センサ回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3270927B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006009110A1 (ja) * | 2004-07-23 | 2006-01-26 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | 表面形状認識センサ装置 |
| US7360293B2 (en) | 2001-01-23 | 2008-04-22 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Method of manufacturing recognition sensor |
| JP2009216506A (ja) * | 2008-03-10 | 2009-09-24 | Fujitsu Microelectronics Ltd | 容量センサー |
| EP2339751A2 (en) | 2009-12-22 | 2011-06-29 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Capacitance discrimination circuit and touch switch equipped with the same |
-
1998
- 1998-08-20 JP JP23385898A patent/JP3270927B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7360293B2 (en) | 2001-01-23 | 2008-04-22 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Method of manufacturing recognition sensor |
| WO2006009110A1 (ja) * | 2004-07-23 | 2006-01-26 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | 表面形状認識センサ装置 |
| CN100432617C (zh) * | 2004-07-23 | 2008-11-12 | 日本电信电话株式会社 | 表面形状识别传感器装置 |
| US7606399B2 (en) | 2004-07-23 | 2009-10-20 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Surface shape recognizing sensor device |
| JP2009216506A (ja) * | 2008-03-10 | 2009-09-24 | Fujitsu Microelectronics Ltd | 容量センサー |
| US8283934B2 (en) | 2008-03-10 | 2012-10-09 | Fujitsu Semiconductor Limited | Capacitance sensor for detecting a charge voltage of a multi-capacitor circuit |
| EP2339751A2 (en) | 2009-12-22 | 2011-06-29 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Capacitance discrimination circuit and touch switch equipped with the same |
| US8552747B2 (en) | 2009-12-22 | 2013-10-08 | Semiconductor Components Industries, Llc | Capacitance discrimination circuit and touch switch equipped with the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3270927B2 (ja) | 2002-04-02 |
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