JPS58158778A - 表面凹凸情報入力方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （１）　　発明の属する分野の説明 本発明は、表面凹凸情報入力方法、特に例えば指紋など
のように面に存在する凹凸に関する情報を個人照合など
のための暗証のデータとして情報処理装置に入力するた
めに、凹凸パターンを検出し、その結果をメモリに入力
するようにし、検出のための機構や光学系を特別に必要
とせず、しかも検出部とメモリとを一体的に構成できる
ようにした表面凹凸情報入力方法に関するものである。

（２）　従来の技術の説明 面の凹凸の情報を情報処理装置の入力として与えるため
には、少なくとも面の凹凸を検出し、その結果を電気信
号に変換することが必要である。

面の凹凸情報を直接的に検出できる方法としては、従来
、被検査面に接触させた検出針を被検査面に沿って走査
し、そのときの検出針の機械的な運動を電気信号に変換
する方法が採られている。しかし、機械的な検出方法は
、時間がかかること、装置構成が複雑で大形化すること
などの欠点を有しており、個人照合用の暗証の検出に適
しているとは言えない０より高速な検出の可能な方法は
、物体の撮影に用いられる電子撮像管の使用があり、電
子撮像管には、光電子放出効果を利用したもの、光導電
性を利用したもの等がある。しかし、このような電子撮
像管は、それ自体が高価・大形であるだけでなく、その
撮像特性に適合させるため適当な光源によって被検査面
の凹凸を明暗として表わさなければならない欠点がある
０神検査面の凹凸を明暗に置き換えることは、それほど
容易では′、現実にはインクなどを用いて被検査面の凹
ド　　リ用紙に転写したのち、転写された・（ターンに
電子撮像管を適用することも頻繁に行われている。

面の凹凸を検出した結果から、その特徴抽出などのデー
タ処理を行うことが比較的多いが、その場合には情報処
理装置によるデータ処理に要する時間の間、検出した情
報を記録しておく一次的なメモリを必要とすることが普
通である。このためには、検出部自体がメモリとしての
機能を具備していれば都合がよい。電荷結合素子、また
はバケツリレイ素子などのような電荷蓄積読取りを行う
固体撮像装置は一応このようなメモリ機能を有している
。しかしながら光の強さを感じて撮影するという性質は
上述の電子撮像管と同じである以上、同様な欠点を有し
ている。

（８）　　発明の目的 本発明は、従来のような特別の光学系や機構を必要とし
ないで、指紋など面の凹凸に関する情報を検出するよう
にすることを目的としている。すなわち半導体のメモリ
セルの構造を、該メモリセルの電荷蓄積部とメモリセル
表面の検出部とが導電可能なものとし、電荷蓄積部の電
荷は検出部に接触した他物体を通じて放出し得るものと
する。

このようなメモリセルを多数ならべておき、たとえば指
を押しあてれば指紋の凹凸に応じて、指に接触したメモ
リセル群と接触しないメモリセル群とが生じ両メモリセ
ル群の間には上記蓄積部の電荷量の相異が生じ、この相
異はそのまま凹凸面に関する情報としてメモリセル群に
残されるという独特、かつ簡便な方法を用いて所期の目
的を達成することを目的としている。以下実施例につい
て説明する。

（４）　　発明の構成および作用の説明第１図は本発明
による面の凹凸情報の検出７ｊ法の実施例を示している
。ｌは半導体基板で、この上にメそリセル２が複数個、
図の場合にはマトリクス状に配置されている。メモリセ
ルの検出部３は、仮想の第１の面に接している。すなわ
ち、仮想の第１の面は、複数個のメモリセルの検出部に
より構成される。第１図は凹凸を有する物体とし。

て人間の指を例示しており、４０はメモリセルの搭載基
板である。指４は、前記第１の仮想面に押しつけられる
。本発明に使用するメモリセルは、後罠いくつかの例に
ついて構造を説明するように基板１の内部または外部に
電荷蓄積部を有し、該電荷蓄積部に蓄積されている電荷
の量が情報に対応する。まな、該電荷蓄積部は検出部３
と電気的に結合している。したがって、あらかじめ該蓄
積部に電荷を蓄積しておくなどして、指４を押しあてれ
ば、指紋の隆線に対向したメモリセルの検出部は該隆線
と接触するから、このようなメモリセルの蓄積部の電荷
は人体を通して放出される。しかし、指紋の隆線と隆線
の間の溝の部分に対向するメモリセルの検出部は隆線と
接触しないから、このようなメモリセルの蓄積部の電荷
は概ね当初のままに維持される。このようにして複数個
のメモリセルには第２図に示すように電荷を放出したメ
モリセル群１２と電荷が当初のままに維持されたメモリ
セル群１３とが指紋のパターンに対応して分布すること
となる。この場合、個々のメモリセルの電荷の有無は、
本発明で使用するメモリの通常の読み出しの方法によっ
て行うことができる。

たとえば、蓄積部の電荷の有無に応じて、メモリセル内
部の２つの電極の間の導通状態が変化するタイプのメモ
リセルにおいては、第１図に示すようにこれらの電極の
一方を行方向に共通に結合し、他方を列方向に共通に結
合して電極線群６αと６善を構成すれば、６ａのうちの
任意の１つと、６４のうちの任意の１つの間の導通状態
を検出すれば両者の交叉点に位置するメモリセルの蓄積
部の電荷の有無を知ることができる０またメモリセルの
検出部等を保護するために適当な非導電性の薄膜と被検
出物体との間の電気的容量は各々のメモリセルの間で異
なるものとなるから蓄積部からの電荷の放出量も異なる
。したがってメモリセル群には該被検出物体の表面の凹
凸に応じた残留電荷量の分布が得られることとなる。

以上に述べたように本発明は複数個配置したメモリセル
の検出部がつくる仮想の面に凹凸を有する物体を押しあ
て、個々のメモリセルの残存電荷量が該物体とメモリセ
ルの間の接触の有無または該物体とメモリセルの間の距
離の相違に応じて異なることを利用して、該物体の凹凸
の情報を直接的にメモリセルに残そうとするもので、従
来用いられている種々の方法に比べてきわめて容易な方
法と簡単な構成によって上記の情報を得ることができる
。またメモリセルに残された情報はそのまま電気的に読
み取ることが可能であるため、データ処理に最も適した
入力方法である。

以上の説明から知られるように本発明に使用するメモリ
セルは、その一部に電荷蓄積部を有していれば十分であ
る。しかし、情報の読み取りの方法はメモリセルの構造
によって多少異なる。以下では代表的ないくつかのメモ
リセルについて情報の読み取りの方法などを説明する。

第３図はメモリセルの一例を示し、第３図（α）は斜視
図、第３図（イ）は第３図（α）の電極７ｂの中心線Ｘ
−Ｘ／を通り基板ｌに垂直な平面によるメモリセルの切
断図である。第３図について説明すると、１点鎖線３０
で外形の輪郭を示す半導体基板ｌの上側の面Ｐに接して
１点鎖線２０で外形を示す絶縁体１１が設けられている
。該絶縁体中には２つの電極７αと７４、電荷を蓄積す
る蓄積部５、連結導体８が埋めこまれているｏｏ゛半導
半導体基板内部には面Ｐに接して過剰不純物部９ａおよ
び９４が設けられている。絶縁体１１の上部には検出部
３が設置され、該検出部３は連結導体８を通じ、蓄積部
５と導電可能となっている。蓄積部５と２つの電極７α
と７４の相互間の空間は絶縁体１１で満たされている。

電極７αと７善とはそれぞれ面Ｐにおいて過剰不純物部
９ｃＬと９ｋに接している。以上のような構成を採れば
、周知のように２つの過剰不純物部９αと９４との間、
従って電極７ｃＬと７４との間の導通の有無を蓄積部５
の電荷の有無によって制御することが可能となる○すな
わち、該蓄積部に電荷が存在すればその作用によって半
導体基板ｌのうち過剰不純物部９ａと９にとの間の蓄積
部５の直下の部分に薄いチャネルが形成され、７αと７
４との間は電気的に導通の状態（ＯＮ）となるｏしかし
、該蓄積部に電荷がなければ、上述のようなチャネルは
形成されず、７αと７４とは互いに導通しない状態（Ｏ
ＦＦ）が得られる０該蓄積部への電荷の蓄積は、７αと
７４との間に電圧を印加して半導体基板ｌの内部に熱的
に励起された電子、いわゆるホットエレクトロンを生成
し、これを絶縁体１１の障壁を越えて該蓄積部に到達さ
せることによって行われる。

本発明の場合には、上記のメモリセルを第１図のように
複数個配置しておくようにされる。

つぎに本発明の実施について説明する０まず前述のよう
な方法で、すべてのメモリセルの蓄積部５に電荷を蓄積
する０これを能率的に行うにはメモリセルを第１図に例
示したようにマトリクス状に配置し、列方向にならんだ
メモリセルの電極７αを一体化して電極線群６αとなし
、さらに行方向にならんだメモリセルの電極７４をも一
体化し電極線群６４となす。このような構成を採ること
によって６αと６４との間に同時に電圧を印加すれば、
すべてのメモリセルの蓄積部に電荷が蓄積される。つぎ
にこのようなメモリセル群に対して光面に凹凸を有する
指のような物体を押しあてれば、メモリセル群は、第２
図のように、前記物体の表面の凸部に対向し、したがっ
て検出部３が前記物体と直接に接触する第１のメモリセ
ル群１２と、前記物体の表面の凹部に対向し、したがっ
て検出部３が前記物体と直接には接触しない第２のメモ
リセル群１３とに分けられることとなる０このようなメ
モリセル群のうち、前記第１のメモリセル群の蓄積部５
の電荷は検出部３から前記物体を伝わって放出される。

しかし前記第２のメモリセル群については電荷の放出が
ないから蓄積部５の電荷はおおむね当初のままに保たれ
る。すなわち、本発明の方法によれば、第２図のように
前記第１のメモリセル群と前記第２のメモリセル群とが
前記物体の表面の凹凸に応じて分布するものとなる。

前述のように蓄積部５の電極７αと７−６との間のＯＮ
、ＯＦＦの状態は電荷の有無に応じて決まるから、すべ
てのメモリセルについて電極７αと７４との間の導通状
態を検出すれば、被検出物体の表面の凹凸の情報を電気
信号として得ることができるＯ 以上の実施方法では、蓄積部５にあらかじめ電気を蓄積
した後に被検出物体を押しあてる場合を示した。しかし
、この順序を逆にして被検出物体をメモリセル群に押し
あてた状態で前述の蓄積部５への電荷の蓄積の操作を行
う場合でも、前記第１のメモリセル群の蓄積部５に到達
したホットエレクトロンは、検出部３から被検出物体を
通って放出されてしまうのでやはり第２図のような前記
第１のメモリセル群と前記第２のメモリセル群の分布が
得られることになる。

以上の説明では、検出部３に直接被検出物体を接触させ
る場合を述べた。しかし、メモリセル群の表面保護のた
めに適当な非導電性の薄膜を介して被検出物体をメモリ
セル群に押しあててもよい。

この場合には被検出物体の表面の凹凸に応じて検出部３
と該被検出物体との間の電気的な容量は各々のメモリセ
ルの間で異なるものとなるから蓄積部５からの電荷の放
出量も異なる。したがってメモリセル群は該被検出物体
の表面の凹凸に応じた残留電荷量の分布を示すこととな
る。

第４図は別のメモリセルの構造を示す。第４図の構造は
、第３図に示す構造の蓄積部５と検出部３０間にかつ該
５と３とから絶縁して制御電極１４を祈念に設けたもの
である。この構成を採れば、電荷の蓄積時に制御電極１
４にも電荷を印加した場合、半導体基板ｌの内部の自由
電子がトンネル効果によって蓄積部５へ到達することが
可能となり、電荷の蓄積は第３図の構造よりも容易とな
る。

第５図は別のメモリセルの構造を示す。（α）は平面図
、（→はＸ−Ｘ／における切断図、（Ｃ）　Ｕ　Ｙ　−
Ｙ’における切断図を示す。この構造では個々のメモリ
セルは半導体基板ｌを共通にしてその上に複数個設けら
れている。制御電極１４はＹ−Ｙ’の方向に接続部１５
によって相互に導電可能であすｘ−ｘ’力方向は互いに
絶縁されている。ｘ−ｘ’力方向メモリセルのならびの
間には、半導体基板１の内部に絶縁部１６がｘ−ｘ’力
方向連続して設けられている。このような構造において
制御電極１４と半導体基板ｌとの間にｔｌＥを印加すれ
ば、該半導体基板の内部には、該制御電極１４の直下に
蓄積部５が形成され、該蓄積部に電荷が貯えられる。蓄
積部５には電極１７が設けられ、該電極は検出部に結合
されている。このメモリセルを用いた場合の本発明の実
施方法は第３図と第４図とについて述べたのと全く同じ
方法である。しかし、電荷の検出は制御電極へ適当な電
圧の印加を行って残存した電荷を順次ｘ−ｘ’方向に転
送して読取りが行われる。

メモリセルの構成によっては蓄積部の周囲の絶縁度があ
まり高くなく蓄積部の電荷が短時間に放出されるために
一定時間ごとに電荷を補給することが必要な場合がある
。第６図はそのような種類のメモリの一例を示す。すな
わち制御電極１４に電圧を印加すると過剰不純物部９α
と９にとの間にチャネルが形成され、９αと９４との間
は導通状態となる。

このときに電極７ａに印加された電圧は、別の電極１８
に達し、電極１８の直下の半導体基板ｌに蓄積部５が形
成され、該蓄積部に紘電荷が蓄積される。

しかし、該蓄積部の電荷は短時間のうちに放出される。

したがって、このような構造のメモリセルを使用すると
きには定期的に読み出しを行い、読み出しの時点で電荷
が蓄積されているメモリセルには、読み出し操作に続い
て、上述のような方法で電荷の補給を行う。また読み出
しの時点で、電荷が蓄積されていないメモリセルには電
荷の補給を行わないといった方法が採用される。このよ
うなタイプのメモリセルを使用する場合、本発明はつぎ
のように実施される０すなわち、あらかじめすべてのメ
モリセルの蓄積部に電荷を貯え、以後は上述の読み出し
と電荷の補給とを定期的に繰り返す。このとき、被検出
物体を第３１１−・第５図について説明したのと同様に
メモリセル群に押しあてると、被検出物体に検出部３が
接触した第１のメモリセル群１２の蓄積部５の電荷は、
第６図において電極１８を貫通して設けられた連結導体
８と検出部３と該被検出物体とを通って放出される。

すなわち被検出物体が接触した後には定期的な該蓄積部
への電荷の補給は行われない。一方、被検出物体に検出
部３が接触しない第２のメモリセル群１３の蓄積部５の
電荷についてはメモリセル群１２のような放出がないか
ら以後の定期的な読み出しの後に電荷の補給が行われる
。したがって、メモリセル群には、第２図のような被検
出物体の凹凸に対応した分布が残される０ （６）　　効果の説明 以上説明したように、本発明によれは、電荷蓄積部の電
荷を情報に対応させるメモリセルを使用し、被検出物体
の表面の凹凸によって、個々のメモリセルと該被検出物
体との接触の有無または距離の相違に対応して蓄積部か
ら放出される電荷の量が相違することを利用し、凹凸の
情報をメモリセル群に記録するようにしている。このた
めに、本発明によれはきわめて容易に、しかも簡単な構
成で凹凸の情報を検出できる。さらにメモリセル群に記
録された情報はデータ処理のための入力データとして容
易に使用することができ、しかも記録部自身が一次的な
メモリとしての機能をも有しているという利点がある。

本発明は、一般の物体の表面凹凸の検出のほか、たとえ
ば銀行や商店の店頭などで指紋による個人照合を行おう
とする場合、指紋の入力時間の短縮や入力装置の簡単化
・低価格化に大いに貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の全体図、第２図は本発明によ
って得られた凹凸情報を例示する説明図、第３図ないし
第６図は夫々本発明に使用される一実施例メモリセルの
構造を示すＯ １・・・・半導体基板、２・・・・メモリセル、３・・
・・検出部、４・・・・被検出物体、４０・・・・搭載
基板、５・・・・蓄積部、６α、６４・・・・電極線群
、７α、７４・・・・電極、８・・・・連結導体、９α
、９４・・・・過剰不純物部、１１・・・・絶縁体、１
２・・・・第１のメモリセル群、１３・・・・第２のメ
モリセル群、１４・・・・制御電極、１５・・・・接続
部、１６・・・・絶縁部、１７・・・・電極、１８・・
・・電極。 特許出願人　日本電信電話公社 代理人弁理士　　森　　１）　　　寛 ヤ　１１２Ｉ 才４図 ψ５図 （Ｑ） （Ｃ） Ｙ′ （ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体から成る基板と該基板の内部または外部にあって
   電荷を蓄積する機能を有する蓄積部と前記基板の外部に
   設けられた検出部とを有する複数個のメモリセルを第１
   の面に前記検出部が接するごとく配置し、前記メモリセ
   ルの各々は前記検出部と前記蓄積部との間に導電性を有
   するように構成し、凹凸を有する第２の面を有する物体
   の該第２の面を前記第１の面に近接または押しつけて配
   置したときに、前記検出部と前記第２の面との間の導電
   特性が前記メモリセルの各々の間で相互に異なることに
   よって前記蓄積部の電荷の変化量が前記メモリセルの各
   々の間で異なることを利用して前記第２の面の凹凸に関
   する情報を入力することを特徴とする表面凹凸情報入力
   方法Ｏ