JP2000513839A

JP2000513839A - 接触撮像装置

Info

Publication number: JP2000513839A
Application number: JP09517701A
Authority: JP
Inventors: ボーザ，スティーヴン・ジェイ
Original assignee: デュー・エンジニアリング・アンド・デヴェロップメント・リミテッド
Priority date: 1995-11-06
Filing date: 1996-10-30
Publication date: 2000-10-17
Also published as: NO982053D0; EP0859991B1; EP0859991A1; AU7273796A; NO982053L; DE69618478T2; US5907627A; CA2233520A1; WO1997017668A1; DE69618478D1

Abstract

(57)【要約】指紋知覚装置と認識システムが、基板に結合された緊密な間隔で置かれた半導体のダイスの配列を含む。これらのダイスは、指が押しつけられたときにダイスの隣接するエッジが互いに接触しないようにするために最小間隔で置かれる。ダイスはおのおのが、それぞれ行導体と列導体の集合で駆動回路と知覚回路に結合されている知覚素子の行／列の配列を含む。知覚素子は駆動回路によって能動的にアドレス指定される。知覚電極と共に個々の指表面部分に起因する容量は、知覚電極に電位を印加して荷電特性を測定することによって知覚回路によって知覚される。

Description

【発明の詳細な説明】接触撮像装置発明の分野本発明は一般に撮像装置に関し、より特定的には指紋またはそれと同種のものの接触撮像装置に関する。発明の背景指紋入力トランスジューサまたはセンサにおいて、検査される指は、通常、ガラス板のような平らな面に対して押され、指先端の山と谷のパターンは探索光ビームのような知覚手段によって知覚されている。プリズムを使用し、識別すべき指紋の指をその上に置く、種々の光学式装置は周知である。プリズムは、指が置かれる第一表面と、第一表面と鋭角をなして指紋がみえる第二表面および光がプリズムに向けられる第三照射表面を持っている。ある場合には、照射表面は、例えば、米国特許第５，１８７，４８２号と第５，１８７，７４８号に見られるように、第一表面と鋭角をなしている。他の場合では、照射表面は、例えば、米国特許第５，１０９，４２７号と第５，２３３，４０４号に見られるように、第一表面と平行である。この種の指紋識別装置は、コンピュータ・ターミナルのような建物、部屋および装置への建物アクセスまたは個人の情報アクセスを制御するために一般に使われてる。指紋センサに関連する問題の１つは、デジタル形式で保存される電気的または光学的信号への指先端の山と谷のパターンの変換の信頼性および正確性についての懸念である。上述したように、例えばプリズムを使った光学式システムは、精巧な装置を必要とし、装置が大きく、高価となる傾向がある。指先端の照射に基づく光学式システムを使うことについての制限および不利を克服する試みとして、米国特許第４，３５３，０５６号が１９８２年１０月５日にTsikosの名義で公表され、容量性の知覚アプローチを使う指紋センサの代案の１種が開示された。この記述されたセンサは二次元で、行と列からなるそれぞれ一対の間隙を持つ電極からなるキャパシタの配列で、知覚部材に載せられ、絶縁膜によってカバーされている。そのセンサは、指紋のリッジ／トラフパターンによりキャパシタ電極間の間隙を局部的に変化させるようにそこに置かれた指により起こされた知覚部材の変形にそしてその結果としてのキャパシタの容量の変化に依存している。一つの実施形態では、それぞれの列のキャパシタは、並列に接続されたキャパシタの列と直列に接続され、電圧が列にまたがって印加される。別の実施形態として、電圧が配列においてそれぞれの個別のキャパシタに印加される。それぞれの実施形態での知覚は、直列に接続されたキャパシタの電圧分布変化の検知、または局部変形の結果として個別の容量の電圧値を測定することによって達成される。これを成し遂げるために、検知回路からそれぞれのキャパシタまでの個別接続が必要である。記述されたセンサは、光学式知覚技術を使用するサンサの種類に関連する問題はないが、それ自身の問題を持つ。例えば、センサは変形の操作に依存し、弾性材料の使用を必要とするので、耐久性および信頼性の問題がある。さらに、配列中のそれぞれの個別のキャパシタにそれぞれの接続を提供することは、非常に大きい数のラインの接続が必要であることを意味する。これは検知回路において、知覚部材とその相互関連の両方の製作に、困難をもたらす。実際に接続部が多いと、浮遊容量のため、多分操作上の困難を起こすであろう。前述および従来技術の欠陥と制限に対して、改善すべき別の試みとして、１９９４年６月２８日Knappの名義で公表された米国特許第５，３２５，４４２号に接触撮像装置が記述されている。本明細書に含まれていないその特許の開示事項は、参照によって本明細書に含まれるものとする。 Knappは単一の大きい絶縁基板の上に多層の光露光プロセスによって堆積と鮮明度を伴うひとつの大きい能動的マトリクス配列の形で撮像装置を作ることを記述している。金属と電界効果トランジスタから形成した電極とアドレス指定導体の集合が、例えばガラスまたは石英の適切な基板を使って、無定形のシリコンまたは多結晶のシリコン薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）として形成された。 Knappが上述したTsikosの改良を提供しようと試みるけれども、Knappの開示した装置の製造において他の不利と制限が明白となる。第一に、例えば、シリコンウエハから切り取られたシリコンダイスで構成される大きい撮像接触装置を作ることは非常に難しい。指紋を撮像するためにほぼ必要とされる寸法である、０．７５インチ×０．７５インチまたはそれ以上の接触面積の装置を製造することは、シリコンデバイスのもろい性質のために非実用的である。大きいダイスは、製造するのにコストがかかるのは別として、小さいダイスより低い製造歩留まりしか持っていない。正方形あるいは長方形のダイスが十分に丸いシリコンウエハから切り取られる場合は、小さいダイスで切られるウエハのエッジではロスが少ない。これらのチップの機械的強度は、またそれらの接触用途を制限する；例えば、大きいダイス上に指を接触および置くことによる力は、クラックまたはストレス破壊を起こし得る。さらに、現在の、通常の光露光のシステムは、典型的におよそ０．４インチから０．５インチの最大の寸法を持っているダイスの生産に対して適応するよう装備されている。発明の目的したがって、周知の先行技術による装置の上記および他の制限を克服することに鑑み、本発明の目的はより丈夫な接触撮像装置を提供することにある。本発明の別の目的は、配列状に配置された複数の小型のダイスを利用することによって、単一の大型のダイスの利用に伴う上記の制限の一部を克服する装置を提供することにある。本発明のさらに別の目的は、比較的安価で製造しやすい接触撮像装置を提供することにある。発明の概要本発明の態様に従えば、接触面積が、互いに接近して結合されたチップ配列という形状で与えられている複数のシリコン接触撮像ダイスから成り、好ましくはシリコンまたはその配列を成している材料に近い熱膨張係数（ＣＴＥ）を持つ背面材料に接着させられている接触撮像装置が提供される。これらの配列を単一の基板上に組み立てるためには、おのおののダイスを、その入出力（Ｉ／Ｏ）導体が接触撮像シリコン装置に対してただ２辺できれば１辺に存在するように設計するのが望ましい。本発明の別の態様に従えば、互いに近接して配置され、単一の指紋を知覚するために基板に対して配列状に接着し、おのおのが指紋が装置上に存在することを知覚するための知覚素子の配列を有する複数のダイスから成る配列を有する接触撮像装置が提供される。本発明に従えば、さらに、複数の半導体ダイスであり、ダイスおのおのが知覚素子の配列を持ち、素子おのおのが互いに結合された知覚電極とスイッチング装置を含み、前記知覚素子の知覚電極のすべてが、個々の指表面部分を持つ指を受容する知覚表面の輪郭を定める誘電体材料によって覆われる半導体ダイスを有する指紋知覚装置が提供される。本装置はさらに、知覚される指紋とは無関係なシーケンスに従っておのおののスイッチング装置を制御しアドレス指定するために、前記知覚素子のすべてのスイッチング装置に結合され、結合されている知覚電極にアドレス指定されたときにおのおののスイッチング装置を介して事前決定された電位が印加されるようにする駆動手段；および前記知覚素子の知覚電極と一緒になって前記個々の指表面部分に基づく容量を知覚するための前記知覚素子のすべてのスイッチング装置に結合された知覚手段とを含む。これらのダイスは接近して間隔付けされた配列状に配置されて基板に結合されている。本発明に従えば、さらに、基板と、分離して置かれて該基板に接合された少なくとも４つのダイスの配列とを有する指紋獲得装置が提供される。ダイスはおおおのが、指紋リッジが直上に存在することを知覚する知覚素子の配列を有し、基板は、これら４つの間隔付けされたダイスのおのおのの知覚素子から駆動・知覚回路に至る複数の電気的経路となる複数の導体を含み、指紋獲得装置は、知覚回路から得られた信号を処理するための駆動・知覚回路に結合されたプロセッサ手段を含む。図面の簡単な説明本発明の例示実施態様を以下の図面を参照にして説明する。図１は、関連のアドレス指定回路と一緒になった知覚素子の配列を示す先行技術による装置の簡略図；図１ａは、関連のアドレス指定回路と一緒になった４つの知覚素子の配列を示す本発明による知覚装置の簡略図；図１ｂは、本発明に従ってセラミック（Ａｌ₂Ｏ₃）製のキャリヤによってＦＲ４のキャリヤ・ボード上に組み立てられた、図１ａに示す接触撮像装置の内の１つを示す破断側面図；図１ｃは、図１ａの４チップ配列を結合するのに用いられるエポキシ分散パターンを示す簡略図；図１ｄは、エポキシ・ダイス取り付け材で基板に取り付けられたシリコン・チップの破断側面図；図１ｅは、撓み位置で示す図１ｄに図示されたシリコン・チップの破断側面図；図１ｆは、走査される２本の指を受容するダイスの配列を含む本発明による代替実施態様を示す平面図；図１ｇは、２つの異なった寸法のシリコン・ウエハの歩留まりの差を示す図；図２は、知覚電極と関連のスイッチング装置を有する、図１と図１ａに示す装置の典型的な知覚素子の先行技術による略等価回路図；図３は、知覚素子の動作を示す、その配列の内の１つの一部分を示す略断面図；図４は、本発明による装置の典型的な知覚電極の場合の容量と指表面距離の間の関係を示すグラフ；図５ａと５ｂは、本発明の知覚装置に利用される代替先行技術による２つの知覚回路のそれぞれの部分を示す図；図６ａ−ｃは、知覚装置の動作で認められる典型的な波形を示す図；図７ａ−７ｂは、知覚装置の先行技術による２つの変形形態をそれぞれ示す略平面図；図８は、知覚装置の先行技術による別の実施態様の一部を示す略断面図；図９は、知覚装置を内蔵する典型的な指紋認識システムの略ブロック図。詳細な説明図１には、それぞれの行にＣ個の知覚素子１２を持つｒ個の行（１からｒ）からなる知覚素子のＸ−Ｙ配列を有する単一の能動的マトリクスアドレス付き検出パッド１０を有する従来の技術の知覚装置が示されている。実際は、およそ２ｃｍ×３ｃｍの領域に規則的に配置された知覚素子の約３００行２００列があることになるだろう。発明の背景において説明したように、このように大きな単一チップの装置は製造するのに困難でまた費用もかかる。図１ｇは、０．３５×０．３５インチのダイス（図の左）を用いて、０．７５×０．７５インチのダイス（図の右）の場合より歩留まりを２８％増加させることを示す。さらに、より大きな装置は亀裂や破損を起こしやすく、このため単一チップ装置の寿命に心配がある。対照的に、図１ａには、次々に配置された別々の接触撮像ダイスの配列の形態での（４つの知覚パッドを有するがそれに限られたわけではない）、本発明に従った知覚装置が示される。それは接近しているが、しかし非接触の関係である。好ましくは、知覚パッド１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，および１０ｄ、（一般に１０として参照される）は、指を収容するのに十分な大きさの総表面積をもち、互いに可能な限り接近させる；しかし、すべての条件下において、隣接する端の接触を避けるために隣接するダイス間に小さな間隙がなければならない。その間隙はまた、その上を通過した指の力によって少なくとも１つの隣接知覚パッドが曲げられるときに、隣接端が当たらないように、調節されなければならない。こうして、隣接する知覚パッド間には、およそ０．００２０インチまたはそれ以上の間隙があることが好ましい。他方では、もしその間隙が大きすぎると、その間隙を覆う指の範囲が知覚されない。図１０ａおよび１０ｂでは、隣接するシリコン・チップの知覚パッド１０ａおよび１０ｂ間の０．００２０インチの間隙は、知覚パッドの隣接端１０ａおよび１０ｂが物理的に互いに接触することなしに、上限５までの撓みが許されるということを示している。図１ａおよび１ｅに示される実施態様において、各々の知覚パッドは規則正しく配置された知覚素子のおよそ１００行１００列を含み、およそ０．４インチ×０．４インチの面積を占める。従来の技術によるおよそ０．７５インチ×０．７５インチまたはそれ以上大きさのシングル・シリコン知覚パッドを有するシステムは実用的でないことが分かった。図１ｂに示されるように、４つの接触撮像装置は、ＦＲ４またはセラミック（Ａｌ₂Ｏ₃）のキャリア・ボード上に組立てられる。ダイス１０ａから１０ｄまで、エポキシ７のような適切な接着剤を用いて基板８に接合される。ダイスから接地面への背側面接合を要する部位には、差込み可能な８４ＬＭＩＴエポキシが用いられる。ほとんど隙間がないダイスの結合を得るために、各々のダイスの下にＸ−パターンのエポキシ７が塗布される。これが図１ｃに示される。半径０．０１７８インチの針をもつ注入器（図示せず）から、エポキシが注入される。図示されるＸ−パターンを形作る０．４インチの長さのエポキシの２本のラインを作るのに、およそ０．０００８立方インチのエポキシが必要とされる。ダイス１０は、真空グリッパ（図示せず）を用いてエポキシ７の中に押し込まれる。最終的なダイスの高さは、ロボット配置素子（図示せず）を使いダイスをエポキシの中に予め決められた深さに押し込んで調節するか、またはダイスが基板から、必要とされる高さで接着されるように、決められた直径のガラス玉をスタンド・オフの状態でエポキシ中に配置することによって調節する。ダイス１０ａ，１０ｂ，１０ｃ、および１０ｄは、キャリア基板８に接着された後に、基板上に配置されたルーティング・トラック（１８または２０）と電気的に結合される。ダイス・ボンディング・パッド９ａおよび基板ボンディング・パッド９ｂのあいだの電気的結合が、図１ｃに示されるようにワイヤ・ボンド１３を通ってなされる。腐食しない金のワイヤ・ボンド１３が好ましい。シリコン・ダイスを保護するためには、通常指先からくる湿気、油、および塩から守るためにチップの表面に窒化珪素の不動態化コーティングが加えられる。ガスが溜まったパーラインＣのさらなるコーティングが、部品上のピンホールおよび掻き傷のような傷から保護するための最終的な表面コーティングとして用いられる。次に図１ｆを参照すると、本発明に従った知覚素子は、シリコン・ダイスの４ ×４配列１０ａ−１０ｄおよび１０ｅ−１０ｈを含んでいることが示されている。ダイスの各々の４×４配列は、上述されたように間隔を置いて配置される。その間隔はできるだけ小さく、しかも隣接する端が互いに接触しないように小さな間隙をもつというものである。この実施態様に従った装置が、２本の指例えば人差指および隣の２番目の指を受容するようにすれば本発明の長所が生かされる。標準のアルゴリズムを通じて適正にプログラムされたソフトウェアが、２本の指からのデータを、前もって保存された１つまたは複数の指紋の特徴を示すデータと比較する。さらに、隣合う指の最も外側に検出される***部のあいだの相対距離が、前に記憶されたデータに対応するさらなる指標として用いられる。図２に示されるように、配列の各々の知覚素子は、３つの端末切替装置１６を電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の形態でもつ起動装置に結合した知覚電極１４を含む。知覚素子のＸ−Ｙ配列は、行（選択）および列（知覚）アドレス指定線１８および２０を経由してアドレス指定される。それぞれ、個々の知覚素子は導体のそれぞれの交差点に設置される。おなじ行のすべての知覚素子はそれぞれの共通の行の導体１８に結合され、同じ列のすべての知覚素子はそれぞれの共通の列の導体２０に結合される。行の導体１８はそれらの一方の端が、一般に２２で参照されるような、行の駆動回路に結合され、列の導体２０はそれらの一方の端において、図１の中の知覚回路２４に結合される。図示されるように、知覚素子のＦＥＴのゲートおよび電源はそれぞれ行の導体１８および列の導体２０に結合している。ＦＥＴのドレイン電極は知覚電極１４に結合している。知覚素子１２および１０ａから１０ｄまでのパッドのアドレス指定導体１８および２０の組立ては、液晶ディスプレイ装置のようなディスプレイ装置にアドレスされた能動的配列に用いられる技術に基づいて行われる。この技術は現在では能動的マトリクス配列の製造のための手段として十分に確立されており、したがって、知覚素子が組立てられる方法を詳細に説明することは必要でないと思われる。簡潔にいえば、この方法は、絶縁基板上の複数の層の光露光プロセスによる堆積および輪郭化を典型的に含む。電極１４およびアドレス導体１８および２０は金属から形成でき、ＦＥＴは適切な（例えばガラスまたは石英）基板を用いた無定型シリコンまたは多結晶シリコンの薄膜トランジスタ（ＴＦＴｓ）として形成することができる。構造形態の１例が、図３において略図として示される。これは３つの完全な知覚電極１４を含むパッド１０ａの表示部分を通る断面図である。ＴＦＴの構造は、明瞭化のために省略されたが、無定型または多結晶のシリコンの層を基板上に堆積させ、この層をＴＦＴのチャネルを形成する個々の島状構造となるように輪郭化することによって、ガラスまたは石英の基板３０の上に形成される。同様にして、絶縁材、例えば窒化珪素の層が、ＴＦＴのゲート絶縁層を形成するために堆積され輪郭化される。規則正しく配置され同じ大きさの矩形パッドを含む電極１４、およびそれらの間に展開するアドレス導体２０は、堆積金属層から輪郭化される。電極１４と導体２０を一体に延長して、それぞれＴＦＴのドレインとソースの接点を形成する。さらに、少なくとも、それらがアドレス導体と交差する領域において、導体２０を覆って絶縁材が与えられる。次に、これら導体１８の集合は、図３には示されていないが、おのおのの導体といっしょに堆積金属層から形成される。これら導体の集合は、隣接する行の電極１４間に展開し、それぞれの半導体の島状構造にまたがり、一体に延長されてＴＦＴのゲート電極としての役割をその長さにわたって有する。この結果、構造は、アドレス導体１８および２０、および知覚電極１４の集合をもつ、表示装置の能動的マトリクス構造に似たものになる。それらの集合は、それぞれゲーティングおよび信号導体、およびディスプレイ装置の表示素子電極の集合に類似している。製造は、しかしながら、電極には表示装置の表示素子電極には必ず使われるＩＴＯのような透明導電材よりもむしろ金属が使われるという事実を観れば単純となっている。知覚装置の構造を完成するために、基板表面に実質的に平行に位置する連続的知覚表面３４を提供するため、例えば、窒化シリコンまたはポリイミドの絶縁膜３２を基板３０の構造上に完全に堆積させる。堆積したパーリンＣコーティング（表記せず）は組み立てた装置上最終的な傷防止用コーティングとして用いられる。知覚電極の物理的寸法は指紋知覚の望ましい分解能特性に従って選ばれる。１例として、知覚電極は行方向・列方向ともに約１００マイクロメータのピッチがよい。絶縁膜３２の厚さは本膜に用いられた特定物質を考慮して選ばれる。例えば、約４の誘電率をを持つ物質の場合は、約４マイクロメータの膜厚が選ばれる。この知覚装置の操作では、指紋を知覚すべき指を知覚表面３４に置く。すると、表面３４との実際のまたは密な接触が、図３に例証されるように、指表面のリッジで起こり、指表面３７の部分のリッジ３６が描写される。リッジ（山部）に隣接する指表面中のトラフ（谷部）は、表面３４からかなり大きな距離だけ離れる。指表面のリッジは、薄い絶縁膜３２の厚さにより決まる最小距離だけ電極配列１４から離れる。各知覚電極１４およびその上の指表面のそれぞれの部分は、図３中点線で示されるキャパシタ３５の対プレートを形成し、指表面部部分に相当するプレートが基本電位である。絶縁膜３２の介在物質と、もしあるとすれば指表面部と知覚表面３４との間の空気ギャップがキャパシタの誘電体となる。これら各キャパシタの静電容量は、指表面と知覚表面３４間の図３中ｄに示す空間の関数として変化し、指表面リッジが表面３４と接触しているときは大きな静電容量が生じ、指表面のトラフが知覚電極２４上に重なるとより小さな静電容量を生ずる。静電容量のこの変化を図４に示すが、その中で、キャパシタ３５のミリメータ平方当たりピコファラドで表す静電容量Ｃｘとマイクロメータで表す空間ｄとの間の関係を、絶縁膜が相対誘電率４を持つ物質で、厚さが４マイクロメータである場合についてグラフで示した。指紋リッジパターンによりパッド１０の知覚素子配列１２上に生ずる静電容量の変化は、事実上このように指紋表面の三次元的電子「画像」を構成する。これらの静電容量は知覚装置内で知覚され、変化を示す出力、すなわち指紋の三次元プロファイルが提供される。指紋の三次元リッジパターンは、個々の知覚電極と指表面のリッジ間の静電容量の変化を検査することにより電子画像の形で再生される。静電容量の変化は指の三次元的形で決まるので、ダミーの指を作ることによる不正使用の試みは非常に難しくなる。配列中の種々の知覚素子１２間の静電容量変化の知覚は次のように行われる。各知覚素子は関連する行（選択）および列（知覚）の導体１８と２０を通じてアドレスが指定される。行ドライバサーキット２２により行導体１８に発せられたゲーティングパルスは行導体に関連する素子列中の全知覚素子１２のＦＥＴ１６をターンオンする。事前に決められた約１０ボルトの電位が同時に回路２４により全ての列導体２０にかけられ、ＦＥＴ１６がターンオンすると、その行の知覚素子１２と関連するキャパシタ３５は列キャパシタの電位に荷電される。キャパシタへの荷電電流は列導体２０に流れ、回路２４中の適当な増幅器により知覚される。各キャパシタ３５へ流れる荷電の大きさはキャパシタの大きさによる。従って、各列キャパシタ２０中の荷電流を測ることにより、各キャパシタの大きさが判る。この方法は各行知覚素子配列について次々に規則的に反復されるので、キャパシタ特性の完全な「画像」が、全フィールド期間中配列中の全ての行のアドレスに従って構成される。本発明の図１ａ中のアドレス指定スキームは、本発明中の行ドライバ２２と知覚回路２４が複合ダイス１０ａと１０ｄ間で分割されていることを除いて、米国特許第５，３２５，４４２中に記載されているものと同様である。操作中、１０ａから１０ｄの接触画像配列から画像が走査されると、行ドライバ２２と素子知覚回路２４はキャリヤ基板上のルートを通じて接触画像ダイス１０ａ、１０ｂ、１０ｃおよび１０ｄ間の境界を基本的に超える。このように、画像配列中の装置数とは関係なくドライバおよび知覚回路２２および２４により制御される。図５ａおよび５ｂは、それぞれキャパシタの荷電特性の知覚に用いられる二つの別の知覚回路を例示する。図５ａは、３つの隣接する列導体２０に対する電流知覚回路構造の一部を示す。列導体２０は、出力がサンプルおよび休止回路４１に供給される抵抗フィードバックでそれぞれの電流増幅器４０に接続される。増幅器のバイアス条件は列導体２０に前述の事前に設定された電位水準をセットする。これらの回路４１は同時に操作され、共通ライン４２に沿って供給されるサンプリングパルスにより、ゲーティングパルスと同調して行導体１８に適用される。回路４１のアナログ出力は、各導体２０中の瞬間電流値を示すライン４７に沿う一連のパルス出力を提供するために、シフトレジスタ４５操作スイッチ４６により連続的に通電する。図５ｂは電荷増幅回路構造を例示し、二つの隣接する列導体２０に働く部分を示す。この回路では、列導体２０は増幅器５０に静電フィードバックを荷電するために接続され、そのアナログ出力は、各列導体中の荷電流の大きさを示す一連のパルスをシフトレジスタ４５操作スイッチ４６により連続して同様に供給される。荷電増幅器５０は、増幅器のシャントキャパシタを放電するためにスイッチ５２を操作するライン５１をリセットするためのリセットパルスにより連続的な行知覚素子にアドレスしている間の期間にリセットされる。指紋の静電容量画像の読み込み、または連続的に異なった指紋の読み込みをを可能にするために、電極１４の荷電が、知覚素子が再び使われる前に、除去されるか減らされているかを確かめることが必要である。これは、知覚電極１４と、各行の全知覚素子に共通な設置された導体かまたは次に隣接する行導体１８のいずれかの間に接続された各知覚素子中に抵抗器を入れることにより行われる。このような配置は、抵抗器および付加的隣接行導体それぞれ１５および１７を参照として、図２中点線で示される。抵抗器は、ＴＦＴを制作するのに用いられる適切にドープされた半導体物質からなる。しかしながら、他の方法も用いられる。列導体に負荷された事前に定めた電位は、連続する読みとりサイクルで二つの異なった水準間で変え得る。増幅器のバイアス条件もこれらの水準の一つを提供するのに用いられる。他の水準は、導体２０とそれに関連する増幅器４０または５０間に挿入されたスイッチによっても提供される。また別に、中間的なリセットサイクルもこのアドレススキームに含め得る。これら全てのアプローチは、知覚素子が働くときはいつも荷電電流がその静電容量を決めるのに用いられるように、キャパシタの荷電が起こることを保証する。知覚装置の操作中に存在する典型的な波形を、例として、図６に示す。より詳細には、３組の波形、Ａ、ＢおよびＣが異なる操作モードに対して示され、ここで、Ａは各知覚素子中に抵抗器１５が含まれる場合であり、Ｂは列電位が連続する読みとりサイクル間で逆にする場合で、Ｃは中間リセットサイクルを持つ場合である。ＶｒおよびＶｃはそれぞれ行導体１８と列導体２０に用いられる電位であり、Ｖｓは知覚電極１４に現れる結果の電圧である。ＩａおよびＩｂはそれぞれ比較的低いおよび高い静電容量Ｃｘに対する列導体２０に流れる結果としての電流である。図６に参照された特定の電位は例としてのみであると認識すべきである。知覚装置にはさまざまな修正が可能である。上記の実施態様では、知覚表面３４は、絶縁膜３２の露出表面だけから成っている。図７ａと７ｂの略平面図は、図７ａでは格子導体のパターンで図７ｂでは線形導体のパターンで、金属膜導体５３が、知覚電極１４の隣接する行と列の間の間隔を埋める膜３２の露出表面上に直接に堆積されている。動作中は、これらの導体パターンは、指表面に対する電気的接触性を向上させるために接地される。次に図８を参照すると、知覚装置の別の実施態様の、図３に類似の略断面図が示されている。この実施態様は、絶縁膜３２の表面上に実現されたさらに別の電極配列を含む。この配列は、知覚電極１４とほぼ同一の寸法と形状を持ち実質的にこれを覆っている分離され電気的に絶縁された導体パッド５４から成っている。これらのパッド５４は、電極１４と一体になって、キャパシタ３５の反対側プレートを形成している。パッド５４を別にすれば、本実施態様は前述の実施態様と同一であり、知覚素子の能動的マトリクス配列の動作は概して同一である。使用に際しては、指が表面３４上のパッド配列５４に置かれる。次に指紋のリッジが配列の特定のパッド５４に接触してこれを接地させ、これによって関連の知覚素子のところに存在するキャパシタ３５の容量が、対面するキャパシタ１４および５４ならびに膜３２の厚さによって測定される。前の実施態様と比較して、すべてのリッジ接触位置における実質的に同一でより明瞭な容量値が得られる。その他の位置においては、指の表面部分はその下に位置するパッド５４から離れて置かれていて、容量値は前と同じくこの間隔によって異なる。したがって、配列全体の容量変動は指表面の外観を示すことになる。上述のすべての知覚装置に関して、ＦＥＴ１６はすでに述べたように、表示装置用の技術上周知の標準技術で製造される無定形シリコンまたは多結晶シリコンＴＦＴから成る。しかしながら、ＦＥＴ１６の配列はその代わりに、例えばシリコン・ウエハ基板を用いた従来の半導体集積回路の一部を形成することがある。多結晶シリコンを用いる場合、アドレス指定回路２２および２４は基板３０の周辺でＦＥＴ１６と同時に形成し能動的マトリクスと一体に集積して非常にコンパクトな知覚装置とすれば便利である。図９の略ブロック図に、すでに述べ図９では参照符号６０で示される知覚装置を用いる指紋認識システムを示す。知覚装置６０から出力される信号は、画像センサを用いる周知の光学式指紋知覚装置のビデオ式の出力に類似の形態である。したがって、知覚装置を別にすれば、システムの構成部品は一般に、当業者には明らかなように従来の手続きを踏襲しており、したがって、これら構成部品を詳細に説明する必要はないと考えられる。簡単に言えば、適切に調整された装置６０の出力は、細かい位置などの知覚された指紋の特徴を検出するようにプログラムされている分析回路６１に入力される。回路６１から出力されたデータはコンピュータ６２に送られ、そこで標準アルゴリズムによってそのデータを、システムが識別用であるか単に検証用であるかによって、記憶装置６３に保存されている複数または単数の指紋の特徴的データと比較して、一致したか否かにしたがって結果を出力する。回路６１は、認識の正確度を高めるために知覚装置から得られた三次元情報を利用するかまたはその代わりに、装置６０から得られた特定の出力信号値を選択するように適切に識別して、周知の光学知覚装置から得られるものと類似の二進法画像の性質を帯びた二次元リッジ・パターンを表す特定の情報を利用するようにプログラムすることができる。本発明の精神と範囲から逸脱することなく多くの他の実施態様が可能である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成９年７月３０日（１９９７．７．３０）【補正内容】ある。対照的に、図１ａには、次々に配置された別々の接触撮像ダイスの配列の形態での（４つの知覚パッドを有するがそれに限られたわけではない）、本発明に従った知覚装置が示される。それは接近しているが、しかし非接触の関係である。好ましくは、知覚パッド１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，および１０ｄ、（一般に１０として参照される）は、指を収容するのに十分な大きさの総表面積をもち、互いに可能な限り接近させる；しかし、すべての条件下において、隣接する端の接触を避けるために隣接するダイス間に小さな間隙がなければならない。その間隙はまた、その上を通過した指の力によって少なくとも１つの隣接知覚パッドが曲げられるときに、隣接端が当たらないように、調節されなければならない。こうして、隣接する知覚パッド間には、およそ０．００５ｃｍまたはそれ以上の間隙があることが好ましい。他方では、もしその間隙が大きすぎると、その間隙を覆う指の範囲が知覚されない。図１０ａおよび１０ｂでは、隣接するシリコン・チップの知覚パッド１０ａおよび１０ｂ間の０．００５ｃｍの間隙は、知覚パッドの隣接端１０ａおよび１０ｂが物理的に互いに接触することなしに、上限５までの撓みが許されるということを示している。図１ａおよび１ｅに示される実施態様において、各々の知覚パッドは規則正しく配置された知覚素子のおよそ１００行１００列を含み、およそ１ｃｍ×１ｃｍの面積を占める。従来の技術によるおよそ１．９ｃｍ×１．９ｃｍまたはそれ以上大きさのシングル・シリコン知覚パッドを有するシステムは実用的でないことが分かった。図１ｂに示されるように、４つの接触撮像装置は、ＦＲ４またはセラミック（Ａｌ₂Ｏ₃）のキャリア・ボード上に組立てられる。ダイス１０ａから１０ｄまで、エポキシ７のような適切な接着剤を用いて基板８に接合される。ダイスから接地面への背側面接合を要する部位には、差込み可能な８４ＬＭＩＴエポキシが用いられる。ほとんど隙間がないダイスの結合を得るために、各々のダイスの下にＸ−パターンのエポキシ７が塗布される。これが図１ｃに示される。半径０．０４５２ｃｍの針をもつ注入器（図示せず）から、エポキシが注入される。図示されるＸ−パターンを形作る１ｃｍの長さのエポキシの２本のラインを作るのに、およそ０．０１３１ｃｍ³ のエポキシが必要とされる。ダイス１０は、真空グリッパ（図示せず）を用いてエポキシ７の中に押し込まれる。最終的なダイスの高さは、ロボット配置素子（図示せず）を使いダイスをエポキシの中に予め決められた深さに押し込んで調節するか、またはダイスが基板から、必要とされる高さで接着されるように、決められた直径のガラス玉をスタンド・オフの状態でエポキシ中に配置することによって調節する。ダイス１０ａ，１０ｂ，１０ｃ、および１０ｄは、キャリア基板８に接着された後に、基板上に配置されたルーティング・トラック（１８または２０）と電気的に結合される。ダイス・ボンディング・パッド９ａおよび基板ボンディング・パッド９ｂのあいだの電気的結合が、図１ｃに示されるようにワイヤ・ボンド１３を通ってなされる。腐食しない金のワイヤ・ボンド１３が好ましい。シリコン・ダイスを保護するためには、通常指先からくる湿気、油、および塩から守るためにチップの表面に窒化珪素の不動態化コーティングが加えられる。ガスが溜まったパーラインＣのさらなるコーティングが、部品上のピンホールおよび掻き傷のような傷から保護するための最終的な表面コーティングとして用いられる。次に図１ｆを参照すると、本発明に従った知覚素子は、シリコン・ダイスの４ ×４配列１０ａ−１０ｄおよび１０ｅ−１０ｈを含んでいることが示されている。ダイスの各々の４×４配列は、上述されたように間隔を置いて配置される。その間隔はできるだけ小さく、しかも隣接する端が互いに接触しないように小さな間隙をもつというものである。この実施態様に従った装置が、２本の指例えば人差指および隣の２番目の指を受容するようにすれば本発明の長所が生かされる。標０の出力は、細かい位置などの知覚された指紋の特徴を検出するようにプログラムされている分析回路６１に入力される。回路６１から出力されたデータはコンピュータ６２に送られ、そこで標準アルゴリズムによってそのデータを、システムが識別用であるか単に検証用であるかによって、記憶装置６３に保存されている複数または単数の指紋の特徴的データと比較して、一致したか否かにしたがって結果を出力する。回路６１は、認識の正確度を高めるために知覚装置から得られた三次元情報を利用するかまたはその代わりに、装置６０から得られた特定の出力信号値を選択するように適切に識別して、周知の光学知覚装置から得られるものと類似の二進法画像の性質を帯びた二次元リッジ・パターンを表す特定の情報を利用するようにプログラムすることができる。本発明は寸法は変えることができる。しかし、ダイは６ｃｍ²より小さいことが好ましい。請求の範囲（補正）１．基板と；基板によって支持される撮像手段であり、撮像手段が、指紋を知覚するための互いに緊密に置かれているダイス（１０ａ；１０ｂ；１０ｃ；１０ｄ；１０ｅ；１０ｆ；１０ｇ；１０ｈ）の配列を有し、ダイスの配列が基板（８）に結合されており、おのおののダイスが、ダイス配列（１０ａ；１０ｂ；１０ｃ；１０ｄ；１０ｅ；１０ｆ；１０ｇ；１０ｈ）中の隣接するダイスが、その隣接するエッジが指がダイスに押しつけられたときに互いに接触しないように間隔を置いて置かれている装置上に指紋のリッジが存在することを知覚するための知覚素子の配列（１２）を有する撮像手段と；を有することを特徴とする指紋知覚装置。２．ダイス（１０ａ；１０ｂ；１０ｃ；１０ｄ；１０ｅ；１０ｆ；１０ｇ；１０ｈ）の互い同士の間隔が、指から力がダイスに印加されたときに隣接するダイスの隣接するエッジが互いに接触しないようにするために約０．００５ｃｍより大きく、知覚素子のない状態のダイス同士間の間隔を覆う指の部分が最小となるように約０．０２５４ｃｍ未満であることを特徴とする請求の範囲第１項記載の指紋知覚装置。３．ダイスの配列（１０ａ；１０ｂ；１０ｃ；１０ｄ；１０ｅ；１０ｆ；１０ｇ；１０ｈ）が４つのダイス（１０ａ；１０ｂ；１０ｃ；１０ｄ；１０ｅ；１０ｆ；１０ｇ；１０ｈ）を含み、隣接するダイスの隣接するエッジ同士の間隔が約０．００５ｃｍ以上であることを特徴とする請求の範囲第１項記載の指紋知覚装置。４．隣接するダイスの隣接するエッジ同士の間隔が０．０２５４ｃｍ未満であることを特徴とする請求の範囲第１項記載の指紋知覚装置。５．ダイス（１０ａ；１０ｂ；１０ｃ；１０ｄ；１０ｅ；１０ｆ；１０ｇ；１０ｈ）のおのおのの表面積が約６ｃｍ²以下であることを特徴とする請求の範囲第４項記載の指紋知覚装置。６．ａ）おのおのが、互いに結合された知覚電極（１４）とスイッチング装置（１６）を含む、複数の知覚素子（１２）を有する撮像手段と；ｂ）知覚される指紋とは無関係なシーケンスに従っておのおののスイッチング装置（１６）を制御してアドレス指定し、これによって結合されている知覚電極（１４）にアドレス指定されたときに、事前決定された電位がおのおののスイッチング装置（１６）を介して印加されるようにするための、前記知覚素子（１２）のスイッチング装置（１６）のすべてに結合される駆動手段と；ｃ）前記知覚素子（１２）のスイッチング装置（１６）のすべてに結合され、前記知覚素子（１２）の知覚電極（１４）と協働して指表面部分に基づいて容量を知覚するための知覚手段と；を有する改良点を有する指紋接触撮像装置において、撮像装置が半導体の分離して置かれた複数のダイス（１０ａ；１０ｂ；１０ｃ；１０ｄ；１０ｅ；１０ｆ；１０ｇ；１０ｈ）を有し、おのおののダイスが複数の知覚素子から得られた知覚素子（１２）の配列を持ち、前記知覚素子（１２）の知覚電極（１４）のすべてが、個々の指表面部分を持つ少なくとも指の部分を受容する知覚表面（３４）の輪郭を定める誘電体材料（３２）によって覆われており、ダイス（１０ａ；１０ｂ；１０ｃ；１０ｄ；１０ｅ；１０ｆ；１０ｇ；１０ｈ）が緊密に間隔付けされた配列中に配置され、基板（８）に結合されていることを特徴とする指紋接触撮像装置。７．基板（８）と；駆動・知覚回路を有する撮像手段と；知覚回路から与えられた信号を処理するために、駆動・知覚回路に結合されたプロセッサ手段（６１、６２）を備える指紋獲得装置において、撮像手段が、基板（８）に結合された分離して置かれた少なくとも４つのダイス（１０ａ；１０ｂ；１０ｃ；１０ｄ；１０ｅ；１０ｆ；１０ｇ；１０ｈ）の配列を有し、装置上に指紋のリッジが存在することを知覚するための知覚素子（１２）の配列をおのおののダイス（１０ａ；１０ｂ；１０ｃ；１０ｄ；１０ｅ；１０ｆ；１０ｇ；１０ｈ）が有し、間隔付けされた４つのダイスのおのおのの上の知覚素子から駆動・知覚回路に至る複数の電気経路となる複数の導体（１８；２０）を基板（８）が含むことを特徴とする指紋獲得装置。８．ダイス（１０ａ；１０ｂ；１０ｃ；１０ｄ；１０ｅ；１０ｆ；１０ｇ；１０ｈ）同士の分離間隔が、指から力がダイスに印加されたときに隣接するダイスの隣接するエッジが互いに接触しないように、約０．００５ｃｍより大きく、知覚素子（１２）のない状態のダイス同士間の間隔を覆う指の部分が最小となるように、約０．０２５４ｃｍ未満であることを特徴とする請求の範囲第７項記載の装置。９．ダイスの配列が８個のダイス（１０ａ；１０ｂ；１０ｃ；１０ｄ；１０ｅ；１０ｆ；１０ｇ；１０ｈ）を含み、ダイスの隣接するエッジ同士の間隔が約０．００５ｃｍ以上であり、ダイスが少なくとも２本の指の部分を収容するように配置されていることを特徴とする請求の範囲第３項記載の指紋知覚装置。１０．ダイス（１０ａ；１０ｂ；１０ｃ；１０ｄ；１０ｅ；１０ｆ；１０ｇ；１０ｈ）がシリコンからできていることを特徴とする請求の範囲第７項記載の指紋獲得装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．基板と；指紋を知覚するための互いに近接して置かれたダイスの配列を備え；前記ダイスの配列が基板の結合されており、ダイスはおのおのが、指紋のリッジが装置上に存在することを知覚するための知覚素子の配列を有することを特徴とする指紋知覚装置。２．ダイス配列中の隣接するダイス同士が、指がダイスに押しつけられたときに隣接するエッジが互いに接触しないように間隔をおいて置かれることを特徴とする請求の範囲第１項記載の指紋知覚装置。３．ダイス配列が４つのダイスを含み、隣接するダイスの隣接するエッジ同士の間隔が約０．００２０インチ以上であることを特徴とする請求の範囲第１項記載の指紋知覚装置。４．隣接するダイスの隣接するエッジ同士の間隔が０．０１インチ未満であることを特徴とする請求の範囲第３項記載の指紋知覚装置。５．おのおののダイスの表面積が約６ｃｍ²以下であることを特徴とする請求の範囲第４項記載の指紋知覚装置。６．ａ）おのおのが知覚素子の配列を持ち、その知覚素子のおのおのが互いに結合された知覚電極とスイッチング装置を含み、前記知覚素子の知覚電極のすべてが誘電体材料で覆われて、指の少なくとも一部分を受容し知覚表面の輪郭を求める、分離されて配置されている半導体からなる複数のダイスと；ｂ）知覚される指紋とは無関係なシーケンスに従っておのおののスイッチング装置を制御してアドレス指定し、これによって結合されている知覚電極にアドレス指定されたときに、事前決定された電位がおのおののスイッチング装置を介して印加されるようにするための、前記知覚素子のスイッチング装置のすべてに結合されている駆動手段と；ｃ）前記知覚装置のスイッチング装置のすべてに結合され、前記知覚素子の知覚電極と協働して指表面部分に基づいて容量を知覚するためにダイスとして形成され、それらのダイスが互いに緊密に間隔付けされた配列として配置されて基板に結合されている知覚手段と；を有することを特徴とする指紋接触撮像装置。７．基板と；基板に結合され、離れて置かれた少なくとも４つのダイスの配列であり、おのおののダイスが、装置上に指のリッジが存在することを知覚する知覚素子の配列を有し、基板が、離れて置かれた４つのダイスのおのおのの知覚素子から駆動・知覚回路までの複数の電気経路となる複数の導体を含むダイス配列と；知覚回路から与えられた信号を処理するための、駆動・知覚回路に結合されたプロセッサ手段と；を有することを特徴とする指紋獲得装置。８．隣接するダイスの隣接するエッジが互いに接触しないようにするために、ダイスに対して指から力が印加されたときにダイス同士の分離間隔が約０．００２０インチより大きく、知覚素子のない状態のダイス同士間の間隔を覆う指の部分が最小となるように前記分離間隔が０．０１０インチ未満であることを特徴とする請求の範囲第７項記載の装置。９．ダイスの配列が８個のダイスを含み、ダイスの互いに隣接するエッジ同士の間隔が約０．００２０インチ以上であり、ダイスが少なくとも２本の指の部分を受容できるように配置されていることを特徴とする請求の範囲第３項記載の指紋知覚装置。１０．ダイスがシリコンからできていることを特徴とする請求の範囲第７項記載の指紋獲得装置。